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Nature Communications volume 13, número do artigo: 7411 (2022) Citar este artigo

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Pili são extensões de superfície filamentosas que desempenham papéis em processos celulares bacterianos e arqueais, como adesão, formação de biofilme, motilidade, comunicação célula-célula, captação de DNA e transferência horizontal de genes. O modelo archaeaon Sulfolobus acidocaldarius reúne três filamentos da superfamília de pilus tipo IV (archaella, pili de adesão archaeal e pili induzível por UV), bem como um quarto filamento até agora não caracterizado, denominado “fio”. Aqui, relatamos a estrutura crio-EM do fio arqueal. O filamento é altamente glicosilado e consiste em subunidades da proteína Saci_0406, dispostas cabeça-cauda. Saci_0406 apresenta semelhança estrutural, mas baixa homologia de sequência, com pilinas bacterianas tipo I. As subunidades de fios são interconectadas por meio da complementação de fios doadores, uma característica que lembra o pili bacteriano acompanhante. No entanto, apesar destas semelhanças na arquitectura global, os fios arqueais parecem ter evoluído de forma independente e são provavelmente montados por um mecanismo distinto.

A capacidade de aderir a superfícies e formar biofilmes é essencial para a vida microbiana e para o desenvolvimento de doenças. A adesão superficial e a formação de biofilme são promovidas por vários filamentos que se estendem da superfície da célula procariótica . Nas bactérias, uma grande variedade de filamentos adesivos foi bem estudada. Estes incluem acompanhante-usher (CU), curli, pili tipo IV (T4P) e tipo V (T5P) em bactérias Gram-negativas e pili dependente de sortase em bactérias Gram-positivas5,6,7,8,9, 10,11.

Nas archaea, a adesão celular e a formação de biofilme são muito menos compreendidas. Até o momento, os filamentos adesivos de arqueas mais bem estudados são da superfamília de pilus tipo IV (T4FF)12,13,14,15. Os T4FF são conservados em bactérias e arquéias e consistem em subunidades em forma de pirulito organizadas helicoidalmente, chamadas pilinas tipo IV (T4P). T4P são marcados por uma hélice α N-terminal hidrofóbica conservada e um terminal C globular variável rico em cadeias β. T4FF tem um caminho de montagem comum. As subunidades são inicialmente expressas como pré-pilinas e inseridas na membrana celular pelo Sec translocon16. Após a clivagem do peptídeo sinal N-terminal por uma peptidase sinal Classe III, as pilinas são preparadas para a inserção em um filamento T4FF nascente em um processo que é catalisado por um complexo multiproteico que atravessa a membrana e é conduzido por ATPase. No pilus montado, as hélices α formam o núcleo do filamento, enquanto os domínios globulares ficam voltados para o meio extracelular . A cooptação e adaptação de genes homólogos no T4FF resultaram em uma variedade de filamentos semelhantes a T4P com funções adicionais, como motilidade e captação de DNA .

Evidências recentes sugerem a existência de outro tipo de filamento adesivo arqueal21, que compartilha características que lembram os pili bacterianos acompanhantes (CU). São filamentos superficiais, que desempenham um papel fundamental na formação de biofilme e na virulência de cepas patogênicas22. Os pili CU incluem os pili Tipo I e P, que são encontrados na Escherichia coli uropatogênica, e permitem que essas bactérias adiram às superfícies das células endoteliais . A ligação à superfície celular é mediada por adesinas especializadas que cobrem os terminais distais dos filamentos e são seletivas para resíduos de açúcar em receptores glicolipídicos nas superfícies celulares do hospedeiro .

As fímbrias são fibras ocas montadas a partir de subunidades semelhantes a pilinas11. Essas subunidades são inicialmente expressas como proteínas precursoras e secretadas pelo translocon Sec no espaço periplasmático . As subunidades desses filamentos têm uma estrutura conservada que consiste em uma extensão N-terminal (cadeia β) (NTE) e um domínio globular C-terminal com uma dobra incompleta semelhante à imunoglobina (cabeça). No filamento montado, cada subunidade insere sua cauda no barril β de uma subunidade adjacente através de um processo denominado complementação da fita doadora (DSC) . Esse mecanismo, que envolve a formação de diversas ligações de hidrogênio, concatena as subunidades em um filamento altamente estável .