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Apr 30, 2023

Estrutura e mecanismo do transportador de oxalato OxlT em um oxalato

Volume de comunicações da natureza

Nature Communications volume 14, Número do artigo: 1730 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Uma bactéria que degrada oxalato na microbiota intestinal absorve o oxalato derivado de alimentos para usá-lo como fonte de carbono e energia, reduzindo assim o risco de formação de cálculos renais em animais hospedeiros. O transportador de oxalato bacteriano OxlT capta seletivamente oxalato do intestino para as células bacterianas com uma discriminação estrita de outros carboxilatos de nutrientes. Aqui, apresentamos estruturas cristalinas de OxlT ligado a oxalato e livre de ligante em duas conformações distintas, estados ocluídos e voltados para fora. A bolsa de ligação do ligante contém resíduos básicos que formam pontes salinas com o oxalato, evitando a mudança conformacional para o estado ocluído sem um substrato ácido. A bolsa ocluída pode acomodar oxalato, mas não dicarboxilatos maiores, como intermediários metabólicos. As vias de permeação do bolso são completamente bloqueadas por extensas interações interdomínios, que podem ser abertas apenas por uma inversão de uma única cadeia lateral vizinha ao substrato. Este estudo mostra a base estrutural subjacente às interações metabólicas que permitem uma simbiose favorável.

O oxalato é o menor dicarboxilato (C2O42–) ingerido por meio de nossa dieta diária a partir de alimentos que contêm oxalato1, como vegetais, feijões e nozes2. O oxalato também é um produto metabólico final do nosso corpo e é parcialmente secretado no intestino pela circulação sistêmica1. Em seguida, é absorvido pelo trato intestinal e excretado pelos rins3. No entanto, o excesso de oxalato forma um sal insolúvel com cálcio no sangue e causa cálculos renais (Fig. 1a). Oxalobacter formigenes é uma bactéria que degrada oxalato no intestino4 que pode decompor metabolicamente o oxalato intestinal e, assim, contribuir significativamente para a homeostase do oxalato nos animais hospedeiros, incluindo humanos3,5,6. De fato, sabe-se que pacientes com fibrose cística7 ou doença inflamatória intestinal8 ou aqueles submetidos à cirurgia de bypass jejunoileal9 apresentam baixas taxas de colonização de O. formigenes e um risco aumentado de hiperoxalúria e formação de cálculos renais.

um Desenho esquemático da função OxlT na bactéria que degrada oxalato, O. formigenes, no intestino. b, c Estruturas cristalinas do OxlT ligado a oxalato (PDB ID 8HPK; b) e livre de ligante (PDB ID 8HPJ; c). d Superposição de OxlT ligada a oxalato e livre de ligante. Uma visão do periplasma (topo) e duas vistas no plano transmembrana (parte inferior) são mostradas. e, f Mapa de potencial eletrostático de superfície de OxlT ligado a oxalato (e) e livre de ligante (f). Potenciais eletrostáticos de ±5 kTe−1 foram mapeados nas superfícies.

O transportador de oxalato (OxlT), um antiportador oxalato:formato (OFA)10 em O. formigenes, é uma molécula chave para o metabolismo do oxalato nessa bactéria. A OxlT catalisa o antiporte de carboxilatos através da membrana celular de acordo com seus gradientes eletroquímicos com uma especificidade de substrato otimizada para o dicarboxilato C2, oxalato. De fato, o transportador apresenta uma alta taxa de rotatividade (>1000/s) para a autotroca de oxalato11,12. Sob condições fisiológicas no oxalato autotrófico O. formigenes, a função de troca de carboxilato de OxlT permite a absorção de oxalato do intestino do hospedeiro como única fonte de carbono para a bactéria e a liberação de formato (HCO2–), o produto final da degradação do oxalato que é tóxico se acumulado na célula bacteriana11,12,13 (Fig. 1a). O turnover catalítico OxIT da troca oxalato:formato é acompanhado pela degradação metabólica do oxalato para formato por meio de uma descarboxilase que consome um próton no citosol, consequentemente produzindo um gradiente eletroquímico de prótons através da membrana celular bacteriana11. Portanto, OxlT serve como uma 'bomba de prótons virtual' que cria uma força motriz de prótons para a síntese de ATP bacteriano11. Assim, as características funcionais da OxlT como um antiportador entre oxalato e formato, ao invés de um uniportador de cada produto químico, é essencial para acoplar o metabolismo do carbono e a formação de energia. Notavelmente, OxlT não aceita oxaloacetato (C4H2O52-) ou succinato (C4H4O42-), que são dicarboxilatos intermediários do ciclo de Krebs, como substratos13. Esses dicarboxilatos com quatro átomos de carbono (dicarboxilatos C4) são importantes intermediários metabólicos no lado citosólico bacteriano, enquanto também são absorvidos como fontes de energia e precursores biossintéticos através de um transportador intestinal no lado do lúmen do hospedeiro14. Portanto, a capacidade de OxlT de discriminar entre dicarboxilatos C2 e C4 é crítica para a simbiose favorável entre os animais hospedeiros e a bactéria intestinal.