The allosteric control mechanisms of alpha-glucan biosynthesis in bacteria

Abstract

{EN]The alpha-glucans, polysaccharides made of repetitive units of glucose, play a role as energy storage, as with intracellular glycogen, or as structural components, as with the capsular alpha-glucans surrounding the pathogenic Mycobacterium tuberculosis. Bacterial glycogen provides survival advantage during starvation periods whereas the mycobacterial capsule is critical in mediating host-pathogen interactions.The tetrameric enzyme ADP-glucose pyrophosphorylase (AGPase) catalyzes and controls: I) the initial step of glycogen biosynthesis and II) the synthesis of ADP-Glucose as precursor for the capsular alpha-glucanbio synthesis. In this work we disclose the cryoEM structures of the paradigmatic AGPase from Escherichia coli and Mycobacterium tuberculosis. The former, solved in the presence of the main positive and negative allosteric regulators, reveal distinct physiological conformational states that have different availability for ATP. Biochemical and microbiological evidence that support the latter show that single point-mutants in the catalytic and putative allosteric sites were unable to produce neither the product of reaction nor glycogen and the capsular alpha-glucans.

[ES]Los alpha-glucanos, polisacáridos formados por unidades repetitivas de glucosa, desempeñan un papel como almacenamiento de energía, como ocurre con el glucógeno intracelular, o como componentes estructurales, como ocurre con los alpha-glucanos capsulares que rodean la bacteria patógena M. tuberculosis(Mtb). El glucógeno bacteriano proporciona una ventaja para la supervivencia durante los periodos de inanición, mientras que la cápsula de la micobacteria es fundamental en las interacciones huésped-patógeno. La enzima ADP-glucosa pirofosforilasa (AGPasa) cataliza y controla: I) el paso inicial de la biosíntesis de glucógeno y II) la síntesis de ADP-glucosa, precursor de la biosíntesis del alpha-glucanocapsular. En este trabajo presentamos las estructuras crioEM de la AGPasa de E. coli y M. tuberculosis.Las primeras, resueltas en presencia de los principales reguladores alostéricos, revelan estados conformacionales fisiológicos y distintos que presentan diferente accesibilidad por ATP. Las pruebas bioquímicas y microbiológicas que respaldan la estructura de la MtbAGPasa muestran que algunos mutantes del sitio catalítico y del posible sitio alostérico no son capaces de producir ni el producto de lareacción, ni el glucógeno, ni los alpha-glucanos capsulares.