BtuB TonB

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 4714 (2023) Citer cet article

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La vitamine B12 (cobalamine) est nécessaire à la plupart des microbes intestinaux humains, dont beaucoup dépendent du nettoyage pour obtenir cette vitamine. Étant donné que les densités bactériennes dans l’intestin sont extrêmement élevées, la concurrence pour ce micronutriment clé est sévère. Contrairement aux entérobactéries, les membres du genre dominant Bacteroides codent souvent pour plusieurs transporteurs de membrane externe de vitamine B12 BtuB ainsi qu'un ensemble conservé de lipoprotéines de liaison à la B12 exposées en surface. Nous montrons ici que les transporteurs BtuB de Bacteroides thetaiotaomicron forment des complexes stables ressemblant à des poubelles à pédales avec des couvercles de lipoprotéines BtuG exposés en surface, qui se lient à la B12 avec de hautes affinités. La fermeture du couvercle de BtuG après la capture de B12 provoque une déstabilisation de la B12 liée par une boucle extracellulaire BtuB conservée, provoquant une translocation de la vitamine vers BtuB et un transport ultérieur. Nous proposons que l'absorption de petites molécules assistée par les lipoprotéines, dépendante de TonB, soit une caractéristique générale des Bacteroides spp. c’est important pour le succès de ce genre dans la colonisation de l’intestin humain.

La vitamine B12 (cobalamine) est un cofacteur organométallique complexe et la vitamine1 la plus complexe, constituée d'un cycle corrin contenant un atome de cobalt au centre, coordonné avec un ligand supérieur (tel qu'un groupe adénosyle ou méthyle) et un ligand inférieur ancré au cycle. à travers une boucle nucléotidique (Fig. 1a)2. Le ligand supérieur contient la réactivité chimique, participant directement aux réactions, tandis que le ligand inférieur assure la spécificité fonctionnelle3,4,5. Il existe trois familles différentes de ligands inférieurs ; benzimidazoles, purines et composés phénoliques5. La nature de ce ligand est importante car les enzymes appartenant à différentes espèces peuvent nécessiter différents ligands inférieurs pour être actives3,4,6. La vitamine B12 est impliquée dans une grande variété de processus métaboliques et, pour de nombreux organismes, elle constitue un cofacteur essentiel pour la réaction enzymatique finale de la voie de biosynthèse de la l-méthionine dans le cytoplasme7,8. Malgré ses nombreux rôles dans les cellules eucaryotes et procaryotes, seul un petit groupe de micro-organismes est capable de produire de la vitamine B12. Cependant, sa synthèse est coûteuse en énergie, nécessitant environ 30 étapes enzymatiques9. En conséquence, les micro-organismes ont développé des mécanismes pour absorber les cobalamines exogènes, appelés voie de récupération. Chez les bactéries Gram-négatives, la translocation des cobalamines présente des défis étant donné que trois compartiments différents doivent être traversés : la membrane externe (OM), le périplasme et la membrane interne (IM). Le système de transport de la B12 le mieux caractérisé chez les Gram négatifs est celui d'Escherichia coli, comprenant le transporteur OM TonB-dépendant (TBDT) BtuB, la protéine de liaison périplasmique BtuF et le transporteur BtuCD ABC situé dans les IM10, 11, 12.

a Diagrammes montrant les structures des corrinoïdes utilisés pour la cristallographie. Le ligand inférieur est représenté en bleu clair dans la conformation « base-on ». Les chaînes latérales de la bague corrin sont étiquetées avec des lettres en rouge. b L'organisation génétique du système de transport de la B12 chez E. coli (btuBFCD) et des trois loci homologues chez B. theta, montrant les emplacements des protéines BtuB (jaune), BtuG (bleu) et BtuH (rose), remarque que BtuG1 a un Domaine BtuH fusionné. Les triangles roses représentent les riboswitches dépendants de la B12 et les terminateurs de transcription en sucettes noires. Les transporteurs ABC de la membrane interne sont en vert. c Gel SDS présentant des bandes roses pâles, indiquées par un astérisque sur le panneau de gauche, correspondant à CNCbl. L'échantillon bouilli présente également une bande de mobilité légèrement inférieure (~ 15 % de l'échantillon) qui correspond à la fraction de BtuG2 qui a perdu CNCbl après ébullition. Le panneau de droite montre le même gel après coloration au Coomassie (B, bouilli ; NB, non bouilli). Les gels sont représentatifs de trois répliques indépendantes, gels non recadrés dans les données sources. d Représentation de bande dessinée de BtuG2 (en couleur arc-en-ciel, extrémité N en bleu) liée à CNCbl (magenta). Notez que le ligand inférieur pointe vers l’extérieur (panneau de droite). e Gros plan des résidus formant des liaisons hydrogène (traits pointillés noirs) avec CNCbl.