Recensione di pubblicazione da progetto FFC
Investigating the Allosteric Regulation of YfiN from Pseudomonas aeruginosa: Clues from the Structure of the Catalytic Domain
G. Giardina, A. Paiardini, S. Fernicola, S. Franceschini, S. Rinaldo, V. Stelitano, F. Cutruzzolà. PLOS ONE Vol. 8 (11), 2013
Il progetto FFC#13/2009 intitolato “Prevenire la formazione del biofilm batterico per rendere Pseudomonas aeruginosa attaccabile dagli antibiotici” aveva come obiettivo principale quello di scoprire nuove molecole con attività anti-biofilm. Ricordiamo che il biofilm è la matrice protettiva che avvolge le colonie batteriche, rendendo i batteri resistenti al trattamento antibiotico e alle difese immunitarie. La molecola segnale chiamata GMP-di-ciclico (c-di-GMP), favorisce in modo significativo la produzione e la formazione di biofim. Pertanto è importante individuare delle molecole capaci di inibire il c-di-GMP, perché potrebbero essere curative. I risultati completi del progetto FFC #13/2009 sono disponibili online.
In questo contesto, vogliamo aggiungere a quanto già riportato ulteriori risultati scaturiti dallo stesso progetto e ottenuti parallelamente alla ricerca principale, riguardanti l’analisi strutturale di questa proteina chiamata YfiN. Nei pazienti FC, il patogeno umano Pseudomonas aeruginosa è responsabile di una grande quantità di infezioni croniche mediate da biofilm. Durante la colonizzazione a lungo termine dei polmoni FC, P. aeruginosa subisce uno specifico adattamento genotipico all’ambiente ospitante sviluppando le cosidette SCV, ossia le small colony variant, varianti a crescita molto lenta, caratterizzate da una colonia molto piccola. Recenti studi hanno accoppiato SCV con un aumento dei livelli della molecola c-di-GMP, e dimostrato il ruolo centrale della protein YfiN in tale regolazione. YfiN è un enzima di membrana a multi-dominio (si veda figura) di cui è stato evidenziato un ruolo nella regolazione della produzione di c-di-GMP citosolico, ruolo che però è ancora in gran parte ipotetico a causa della mancanza di dati sulla struttura tridimensionale della proteina. Per questo motivo i ricercatori hanno risolto la struttura cristallina del dominio catalitico della proteina (GGDEF, si veda figura) e misurata l’attività enzimatica della porzione citosolica (= presente all’interno del fluido della cellula) in tempo reale, per mezzo di un metodo di nuova concezione. Accoppiando i dati strutturali e cinetici con uno studio di simulazione al calcolatore, i ricercatori sono stati in grado di proporre un modello per la regolazione operata da YfiN sulla produzione di c-di-GMP citosolico. Gli autori sottolineano che la conoscenza e la regolamentazione del funzionamento delle proteine della tipologia YfiN sembrerebbe dipendere fortemente dall’architettura dei domini accessori di ogni enzima. Pertanto, avere come target il dominio catalitico potrebbe diventare una strategia vincente per combattere le infezioni sostenute da batteri con biofilm resistente agli antibiotici oggi in uso. La disponibilità di dati strutturali rappresenta il “collo di bottiglia”, che in questo caso viene superato, per un approccio efficiente alla progettazione di nuovi farmaci.
The crystallographic structural data of the YfiN catalytic site, reported in this paper, allowed researchers to develop a working model for the protein.The project FFC#13/2009 had as its main objective to discover new molecules with anti-biofilm activity. The signal molecule cyclic-di-GMP is well known to be involved in the biofilm production and formation. Therefore, it is important to identify new molecules capable of inhibiting c-di-GMP, as they may represent potential drugs. Within the context of this project, the researchers devoted part of their attention to solve and analyse the three-dimensional structure of the catalytic site (GGDEF) of the YfiN protein (see the picture above). YfiN is a multi-domain membrane enzyme that plays a role in regulating the production of c-di-GMP.
The authors highlight that the enzymatic activity of YfiN depends on the architecture of each domain of the enzyme. Therefore, targeting the catalytic domain could become a successful strategy to fight biofilm-mediated infections and the availability of structural data may be a starting point for an efficient approach to drug design.
