In silico genomic, phylogenetic, and functional characterization of candidate DNase-like proteins in Paracoccidioides brasiliensis and Paracoccidioides lutzii: implications for neutrophil extracellular traps
Questo studio impiega analisi genomiche e strutturali in silico per identificare e caratterizzare due proteine candidate di tipo DNasi in *Paracoccidioides brasiliensis* e *P. lutzii*, evidenziando la proteina della famiglia TatD a forma corta come il candidato più probabile responsabile dell'attività DNasi extracellulare e della potenziale degradazione delle trappole extracellulari dei neutrofili.
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Nelle foreste umide e nei campi agricoli dell'America Latina, una battaglia nascosta si svolge tra il suolo e il corpo umano. Seppelliti nella terra, si trovano funghi microscopici che, quando inalati, possono trasformarsi in una pericolosa minaccia all'interno del caldo ambiente di un ospite umano. Questi funghi causano una grave malattia nota come paracoccidioidomicosi, che attacca principalmente i polmoni e può diffondersi in altre parti del corpo. Per sopravvivere a questa invasione, il sistema immunitario umano schiera una squadra specializzata di globuli bianchi chiamati neutrofili. Queste cellule agiscono come prima linea di difesa, circondando l'intruso e intrappolandolo in una rete appiccicosa e simile a una ragnatela fatta di DNA e proteine antimicrobiche. Questa struttura, nota come trappola extracellulare del neutrofilo, è progettata per immobilizzare e uccidere il fungo. Tuttavia, alcuni patogeni si sono evoluti con una contromisura: producono enzimi che agiscono come forbici molecolari, tagliando i filamenti di DNA di queste reti per rompere la trappola ed evadere. Comprendere come questi funghi riescano a tagliare queste reti è fondamentale, poiché rivela un meccanismo chiave che utilizzano per sopravvivere e causare la malattia.
Un team di ricercatori si è posto l'obiettivo di identificare gli strumenti molecolari specifici utilizzati da due specie fungine strettamente correlate, Paracoccidioides brasiliensis e Paracoccidioides lutzii, per eseguire questo taglio del DNA. Studi precedenti avevano osservato che questi funghi possiedono la capacità di degradare il DNA delle trappole immunitarie, ma le esatte proteine responsabili di questa attività rimanevano un mistero. Gli scienziati hanno concentrato la loro attenzione su due proteine candidate presenti nel codice genetico di P. brasiliensis, note come PADG_08285 e PADG_11161. Si sospettava che queste proteine fossero le colpevoli, eppure erano scarsamente comprese, con una significativamente più corta dell'altra. Per risolvere questo enigma, i ricercatori non hanno fatto crescere batteri in laboratorio né hanno eseguito esperimenti fisici sulle cellule. Inveverso, hanno condotto un'indagine digitale completa, utilizzando potenti programmi informatici per analizzare le impronte digitali genetiche e strutturali di queste proteine. Hanno confrontato le due specie fungine per vedere se gli strumenti sospettati fossero condivisi, hanno esaminato le forme e le proprietà chimiche delle proteine e hanno cercato modelli specifici che indichino la funzione di una proteina.
L'analisi digitale ha rivelato che i due candidati non erano solo versioni diverse dello stesso strumento, ma appartenevano a famiglie di proteine completamente diverse. La proteina più corta, PADG_08285, è stata identificata come membro della famiglia TatD, un gruppo di enzimi noti per la loro capacità di tagliare il DNA. Questa proteina è risultata essere un match perfetto nel fungo correlato P. lutzii, suggerendo che questo specifico strumento sia una caratteristica conservata del genere. I ricercatori hanno esaminato il sito attivo di questa proteina, la regione specifica dove avviene il taglio chimico, e hanno trovato una disposizione precisa di quattro amminoacidi che sono essenziali affinché l'enzima funzioni. Questa disposizione era identica in entrambe le specie fungine, supportando fortemente l'idea che questa proteina sia un tagliatore di DNA funzionale. Al contrario, la proteina più lunga, PADG_11161, è stata classificata come membro della famiglia delle Esonucleasi V. Sebbene anche questa famiglia abbia capacità di taglio del DNA, i ricercatori hanno notato differenze significative nella struttura chimica del suo sito attivo tra le due specie, e non mostrava lo stesso livello di conservazione della proteina più corta.
Oltre a identificare la famiglia, lo studio ha esaminato dove vivono queste proteine all'interno della cellula fungina e come possano uscire verso il sistema immunitario. Un modo comune per le proteine di lasciare una cellula è avere un tag di segnale specifico all'inizio, che funge da etichetta di spedizione per indirizzarle verso l'esterno. L'analisi al computer ha mostrato che nessuna delle due proteine candidate possiede questo standard tag di segnale. Inoltre, i modelli hanno previsto che entrambe le proteine rimarranno molto probabilmente all'interno della cellula, specificamente nel citoplasma o nel nucleo, piuttosto che essere secrete all'esterno. Questo risultato presenta una complicazione per la teoria secondo cui queste proteine siano gli agenti primari che distruggono le trappole immunitarie dall'esterno, poiché sembrano mancare della normale macchina per l'esportazione. Tuttavia, i ricercatori hanno osservato che le proteine possono talvolta lasciare la cellula attraverso altri percorsi meno comuni che non richiedono un tag di segnale.
Lo studio conclude che, sebbene entrambe le proteine abbiano il potenziale per tagliare il DNA, la proteina TatD più corta è il candidato più forte per il ruolo di enzima di evasione immunitaria. La sua struttura è altamente conservata tra le due specie fungine e il suo sito attivo è perfettamente preservato, il che è un segno distintivo di una proteina che svolge una funzione vitale e condivisa. La proteina più lunga, pur essendo correlata agli enzimi di taglio del DNA, mostra maggiore variazione e minore consistenza strutturale tra le specie. I ricercatori sottolineano che il loro lavoro è una simulazione computazionale basata su dati genetici, non un'osservazione fisica delle proteine in azione. Non hanno ancora dimostrato che queste proteine siano effettivamente all'esterno della cellula mentre tagliano il DNA durante un'infezione. Invece, il loro lavoro fornisce una chiara tabella di marcia molecolare per futuri esperimenti. Individuando la proteina più corta come il sospetto più probabile, lo studio guida gli scienziati verso il bersaglio specifico che dovrebbero testare in laboratorio per confermare come questi funghi riescano a smantellare le difese del sistema immunitario umano.
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