Functional perspectives on the interaction of TasA with the membrane and its contribution to cell physiology in Bacillus subtilis

Abstract

En esta tesis doctoral se analiza la función de la proteína amiloide TasA en Bacillus subtilis, no solo como componente estructural de la matriz de Bacillus subtilis, sino también como regulador esencial de la fisiología celular. Tradicionalmente, TasA se ha considerado la principal proteína formadora de fibras amiloides de la matriz extracelular, junto con la proteína accesoria TapA. se estudió la región N-terminal de TasA, que contiene el núcleo rígido de la proteína, identificando secuencias clave para su estabilidad, su capacidad de agregación y su ensamblaje en fibras. Estos análisis permitieron definir residuos esenciales para la funcionalidad de TasA y comprender mejor los determinantes moleculares que gobiernan su polimerización. Sin embargo, el papel de TasA va más allá del ensamblaje del biofilm, asociándose a la membrana bacteriana donde cumple una función en la estabilidad celular. Los análisis lipidómicos, transcriptómicos y metabólicos mostraron que la ausencia de TasA provoca una profunda remodelación del perfil lipídico, con reducción de fosfatidiletanolamina y aumento compensatorio de cardiolipina, así como una reprogramación temprana del metabolismo celular. Además, estudios proteómicos de la fracción sensible a detergentes (DSM) y resistente a detergentes (DRM) donde TasA es localizada, revelaron una profunda reorganización del proteoma asociado a dichos microdominios. La pérdida de TasA desencadena además, el reclutamiento de proteínas relacionadas con metabolismo, transporte, respuesta a estrés y control de calidad proteica, reflejando pérdida de proteostasis y un intento compensatorio por preservar funciones esenciales. Los estudios biofísicos por Resonancia Magnética Nuclear (RMN) demostraron que TapA altera localmente la organización de la membrana y que TasA neutraliza este efecto, mediante su interacción con la membrana y por la incorporación de TapA a la fibra, evitando la acumulación de especies tóxicas de TapA y estabilizando así la bicapa lipídica. Siendo la presencia de TapA y no directamente la ausencia de TasA la responsable de la muerte celular y de los cambios a nivel trancriptómico, metabólico, lipídico y proteico observados. En conjunto, esta tesis define que TasA forma parte de un microdominio determinado por cardiolipina, la cual favorece un estado conformacional de la proteína compatible con la fibrilación y organiza su localización polar en la célula, la proteína OppA de función aún desconocida y TapA, donde TasA contrarresta el efecto negativo generado por TapA al interaccionar con la bicapa, siendo esencial para el mantenimiento de la homeostasis celular.