Role of c-di-GMP metabolism in the virulence of Pseudomonas spp.

Abstract

El diguanilato ciclico (c-di-GMP) es un segundo mensajero que participa en el control de numerosas funciones celulares tales como la biosíntesis y secreción de adhesinas y exopolisacáridos, la motilidad bacteriana, y la virulencia de bacterias patógenas de animales y plantas (Jenal and Malone, 2006; Tamayo et al., 2007; Romling, 2012; Romling et al., 2013). El c-di-GMP se sintetiza a partir de dos nucleótidos de GTP gracias a la acción de diguanilato ciclasas (DGC) y se hidroliza por fosfodiesterasas específicas (PDE). La actividad DGC está asociada con el dominio GGDEF (Camilli y Bassler, 2006; Chang et al., 2001) mientras que la actividad PDE se encuentra asociada con dominios EAL o HD-GYP (Christen et al., 2005; Ryan et al., 2006). Un trabajo previo llevado a cabo por nuestro grupo de investigación para la identificación de nuevos factores de virulencia en Pseudomonas savastanoi pv. savastanoi NCPPB 3335, agente causal de la tuberculosis del olivo, permitió la identificación de dos mutantes en genes relacionados con el metabolismo del c-di-GMP (Matas et al., 2012). La caracterización de los mismos (PSA3335_4049 y PSA3335_000620), fue el objetivo inicial de esta Tesis Doctoral. Posteriormente, este objetivo se expandió a otra cepa del complejo Pseudomonas syringae como es el patógeno de tomate y Arabidopsis, P. syringae pv. tomato DC3000, así como al patógeno oportunista de humanos Pseudomonas aeruginosa. Para llevar a cabo este objetivo general, se plantearon los siguientes objetivos específicos: 1) Analizar la respuesta de P. savastanoi pv. savastanoi NCPPB 3335 a niveles elevados de c-di-GMP causados por la sobreexpresión de la DGC de Caulobacter crescentus PleD*; 2) analizar el papel del gen bifA en fenotipos relacionados con la virulencia de P. savastanoi pv. savastanoi NCPPB 3335 y P. syringae pv. tomato DC3000 y; 3) estudiar el papel de la hipotética DGC codificada por el gen PAS3335_0620 (dgcP) en fenotipos relacionados con la virulencia de P. savastanoi pv. savastanoi y P. aeruginosa. Las conclusiones más relevantes obtenidas en este trabajo son las que se presentan a continuación: i) el aumento de los niveles intracelulares de c-di-GMP en P. savastanoi pv. savastanoi NCPPB 3335 debido a la sobreexpresión de la DGC PleD*, causa una reducción de la movilidad tipo swimming y un incremento en la producción de exopolisacáridos y en la formación de biofilms, así como induce el desarrollo de tumores de mayor tamaño en plantas de olivo, los cuales muestran una necrosis reducida; ii) la proteína BifA regula positivamente la movilidad en P. savastanoi pv. savastanoi NCPPB 3335 y P. syringae pv. tomato DC3000, así como afecta negativamente a la producción de exopolisácaridos y la formación de biofilms en NCPPB 3335; iii) la deleción del gen bifA provoca una disminución de la virulencia de P. savastanoi pv. savastanoi NCPPB 3335 en olivo y de P. syringae pv. tomato DC3000 en tomate; iv) la proteína PDE BifA de Pseudomonas aeruginosa PAO1 complementa todos los fenotipos relacionados con la virulencia que se encuentran alterados en los mutantes bifA de P. savastanoi pv. savastanoi NCPPB 3335 y P. syringae pv. tomato DC3000; v) el gen dgcP de P. savastanoi pv. savastanoi NCPPB 3335 y P. aeruginosa PAK se co-transcribe en forma de operón junto con el gen dsbA y otro gen codificante de una endonucleasa/ exonucleasa/ fosfatasa (EEPP), este operón está conservado en el género Pseudomonas; vi) la proteína DgcP de P. savastanoi pv. savastanoi NCPPB335 es una DGC cuya actividad es dependiente del dominio GGDEF; vii) la proteína DgcP regula positivamente la movilidad y negativamente la formación de biofilms tanto en P. savastanoi pv. savastanoi NCPPB 3335 como en P. aeruginosa PAK; viii) la sobreexpresión del gen dgcP en P. aeruginosa PAK inhibe el sistema de secreción tipo III e induce el sistema de secreción tipo IV; ix) el gen dgcP es esencial para la virulencia completa de P. savastanoi pv. savastanoi NCPPB 3335 en plantas de olivo y de P. aeruginosa PAK en ratones.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Christen, M., Christen, B., Folcher, M., Schauerte, A., and Jenal, U. 2005. Identification and characterization of a cyclic di-GMP-specific phosphodiesterase and its allosteric control by GTP. J Biol Chem 280:30829-30837. Jenal, U., and Malone, J. 2006. Mechanisms of cyclic-di-GMP signaling in bacteria. Annu Rev Genet 40:385-407. Matas, I.M., Lambertsen, L., Rodriguez-Moreno, L., and Ramos, C. 2012. Identification of novel virulence genes and metabolic pathways required for full fitness of Pseudomonas savastanoi pv. savastanoi in olive (Olea europaea) knots. New Phytol 196:1182-1196. Romling, U. 2012. Cyclic di-GMP, an established secondary messenger still speeding up. Environ Microbiol 14:1817-1829. Romling, U., Galperin, M.Y., and Gomelsky, M. 2013. Cyclic di-GMP: the first 25 years of a universal bacterial second messenger. Microbiol Mol Biol Rev 77:1-52. Ryan, R.P., Fouhy, Y., Lucey, J.F., Crossman, L.C., Spiro, S., He, Y.W., Zhang, L.H., Heeb, S., Camara, M., Williams, P., and Dow, J.M. 2006. Cell-cell signaling in Xanthomonas campestris involves an HD-GYP domain protein that functions in cyclic di-GMP turnover. Proc Natl Acad Sci U S A 103:6712-6717. Tamayo, R., Pratt, J.T., and Camilli, A. 2007. Roles of cyclic diguanylate in the regulation of bacterial pathogenesis. Annu Rev Microbiol 61:131-148.