Expression, purification and activity assay of the DUF442 and ETHE1 of Blh protein of Xylella fastidiosa and Agrobacterium tumefaciens

Orientador: Celso Eduardo Benedetti Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: Xylella fastidiosa e Agrobacterium tumefaciens são bactérias fitopatogênicas que infectam, respectivamente, o interior do xilema e de tecidos vasculares de raiz, ambientes cuja tensão de oxigênio é relativamente baixa. Uma vez que Xylella e Agrobacterium são bactérias estritamente aeróbicas, elas apresentam o operon bigR, responsável pela detoxificação do sulfeto de hidrogênio ou gás sulfídrico, um potente inibidor do citocromo c oxidase e respiração aeróbica. O operon bigR codifica cinco proteínas denominadas Blh (Beta-lactamase-like hydrolase), BigR (biofilm growth-associated repressor), um repressor transcricional e regulador do operon, e MP1-3, proteínas que compõem um transportador de membrana. Em trabalho anterior, foi demonstrado que mutantes de Agrobacterium deficientes na produção de Blh acumulavam gás sulfídrico, enquanto mutantes no repressor BigR secretavam mais sulfito, indicando que a proteína Blh convertia gás sulfídrico em sulfito e que este, que também é tóxico, seria exportado pelo complexo MP1-3. Além disso, dados de modelagem molecular indicaram que Blh poderia desempenhar funções de sulfotransferase e dioxigenase de enxofre, uma vez que apresenta os domínios DUF442 (rodanase) e ETHE1 (dioxigenase). A fim de testar tais hipóteses, este trabalho teve como principais objetivos a caracterização enzimática dos domínios DUF442 e ETHE1 da Blh de Xylella e Agrobacterium, como também confirmar interações proteína-proteína entre os componentes do operon bigR. Ensaios de atividade enzimática usando-se proteínas recombinantes purificadas confirmaram a função de dioxigenase de enxofre e de rodanase dos domínios ETHE1 e DUF442, respectivamente. Além disso, verificou-se que ambos os domínios produzem sulfito como produto final da reação, embora atuando em substratos diferentes. Ainda, ensaios de duplo híbrido de levedura mostraram haver inúmeras interações entre as proteínas do operon bigR, mas não entre os dois domínios DUF442 e ETHE1 de Blh que, de acordo com os ensaios enzimáticos, atuam de forma independente. Abstract: Xylella fastidiosa and Agrobacterium tumefaciens are phytopathogenic bacteria that infect, respectively, the xylem vessels and root vascular tissues, where the oxygen tension is relatively lower. Since Xylella and Agrobacterium are strict aerobic organisms, they use the bigR operon for the detoxification of hydrogen sulfide, a potent inhibitor of cytochrome c oxidase and aerobic respiration. The bigR operon encodes five proteins designated Blh (Beta-lactamase-like hydrolase), BigR (biofilm growth-associated repressor), a transcriptional repressor that regulates the operon, and MP1-3, proteins that act as a membrane transporter. In a previous work, it was shown that Agrobacterium mutants deficient in Blh production accumulated hydrogen sulfide, whereas BigR-deficient mutants secreted sulfite at higher levels than the wild type bacteria, indicating that Blh converted hydrogen sulfide into sulfite, which would be exported by the MP1-3 complex. In addition, molecular modeling indicated that Blh could function as a sulfur transferase and sulfur dioxigenase, since it carries a DUF442 (rhodanese) and ETHE1 (dioxygenase) domains. To test such hypothesis, this work aimed to demonstrate the enzymatic activities of the DUF442 and ETHE1 domains of Blh from Xylella and Agrobacterium, as well as to confirm protein-protein interactions between components of the bigR operon. Enzyme activity assays using the purified proteins confirmed the sulfur dioxygenase and rhodanese activities of the ETHE1 and DUF442 domains, respectively. In addition, it was found that both domains produce sulfite as a final product, although having different substrates. Furthermore, yeast two-hybrid assays showed that many of the bigR operon proteins interact with each other, suggesting the formation of a protein complex. However, no physical interactions were detected between DUF442 and ETHE1 domains, which, according to the enzyme activity assays, act independently. Mestrado Microbiologia Mestra em Genética e Biologia Molecular