Structure, catalyse, transport de la chitine et inhibition sélective de la chitine synthase

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 4776 (2023) Citer cet article

1927 Accès

13 Altmétrique

Détails des métriques

La chitine est l’un des biopolymères naturels les plus abondants et constitue un composant structurel essentiel des matrices extracellulaires, notamment les parois cellulaires fongiques et les exosquelettes d’insectes. En tant que polymère linéaire de N-acétylglucosamine liée à la β-(1,4), la chitine est synthétisée par les chitine synthases, qui sont reconnues comme cibles pour les médicaments antifongiques et anti-insectes. Dans cette étude, nous déterminons sept structures différentes de cryo-microscopie électronique d’une chitine synthase de Saccharomyces cerevisiae en l’absence et en présence d’inhibiteurs de glycosyle donneur, accepteur, produit ou peptidyl nucléoside. Combinées à des analyses fonctionnelles, ces structures montrent comment les substrats donneurs et accepteurs se lient dans le site actif, comment l'hydrolyse du substrat entraîne l'auto-amorçage, comment un canal transmembranaire conducteur de chitine s'ouvre et comment les inhibiteurs peptidylnucléosidiques inhibent la chitine synthase. Notre travail fournit une base structurelle pour comprendre la fonction et l’inhibition de la chitine synthase.

La chitine est le deuxième polysaccharide naturel le plus abondant sur terre après la cellulose, et environ 100 milliards de tonnes de chitine sont produites par les organismes vivants chaque année1. La chitine est un composant primaire des parois cellulaires fongiques, des exosquelettes des crustacés et des insectes, et elle joue un rôle essentiel dans la reproduction, la croissance ou le développement de ces organismes2. La chitine est un polymère à longue chaîne de N-acétylglucosamine liée en β-(1,4) (GlcNAc) et est synthétisée par la chitine synthase dans la membrane plasmique3,4. La chitine synthase catalyse la formation de liaisons glycosidiques β (1 → 4) dans la chitine en utilisant la GlcNAc activée par l'UDP (UDP-GlcNAc) comme donneur de sucre et transporte entre-temps le produit polysaccharidique à travers la membrane (Fig. 1a).

un schéma de synthèse et de transport de la chitine par Chs1. b Test in vitro de l'UDP-Glo ​​glycosyltransférase avec Chs1 purifiée dans un tampon avec (WT) ou sans (noGlcNAc) GlcNAc. Le test dans des conditions WT a également été réalisé avec EDTA, trypsine, NikkoZ ou PolyB. La réaction sans Chs1 a été utilisée comme contrôle. Les points de données représentent la moyenne ± SD en triple. Les données sources sont fournies sous forme de fichier de données sources. c Test de synthèse de chitine in vitro avec Chs1 purifiée dans un tampon avec (WT) ou sans (noGlcNAc) GlcNAc. Le test dans des conditions WT a également été réalisé avec de l'EDTA et de la trypsine. La réaction sans Chs1 a été utilisée comme contrôle. Les points de données représentent la moyenne ± SD en triple. Les données sources sont fournies sous forme de fichier de données sources. d Carte Cryo-EM et modèle atomique du dimère apo Chs1. e Représentation en bande dessinée du monomère Chs1. Le polypeptide est représenté en arc-en-ciel de l'extrémité N à l'extrémité C. Le site actif putatif est mis en évidence par un cercle orange. Le canal de transport putatif de la chitine est délimité par une flèche violette. f Topologie de bande dessinée du monomère Chs1. g La carte du domaine Chs1. Les principaux domaines et motifs sont étiquetés. La région invisible du terminal N est en blanc.

Chez Saccharomyces cerevisiae, la chitine synthase est principalement codée par CHS1, CHS2 ou CHS3. L’inactivation simultanée des trois gènes est mortelle chez la levure5. ScChs1 et ScChs2 appartiennent à la même famille de chitine synthase, qui contient un nombre différent d'hélices transmembranaires de ScChs36. ScChs1 et ScChs2 sont responsables de la synthèse du septum primaire et liés à la séparation cellulaire lors de la cytokinèse, tandis que ScChs3 est responsable de la formation de chitine dans l'anneau des bourgeons et de chitine dispersée dans la paroi cellulaire5,7,8,9,10,11. Des études antérieures ont indiqué que Chs1 est principalement sous forme zymogène et peut être activé par protéolyse .

La chitine synthase appartient à la famille des glycosyltransférases inverses 2 contenant le pli GT-A, qui comprend également les synthases d'hyaluronane et de cellulose 14,15. Ces dernières années, des structures de hyaluronane et de cellulose synthases ont été rapportées, fournissant des informations structurelles sur leurs mécanismes de fonctionnement16,17,18,19,20,21. Cependant, la structure de la chitine synthase n'a pas été déterminée, ce qui entrave une compréhension mécaniste des mécanismes catalytiques et de transport de la chitine synthase.