SopB, a protein required for virulence of Salmonella dublin, is an inositol phosphate phosphatase

Several proteins secreted by enteric bacteria are thought to contribute to virulence by disturbing the signal transduction of infected cells. Here, we report that SopB, a protein secreted by Salmonella dublin, has sequence homology to mammalian inositol polyphosphate 4-phosphatases and that recombinant SopB has inositol phosphate phosphatase activity in vitro. SopB hydrolyzes phosphatidylinositol 3,4,5-trisphosphate, an inhibitor of Ca2+-dependent chloride secretion. In addition, SopB hydrolyzes inositol 1,3,4,5,6 pentakisphosphate to yield inositol 1,4,5,6-tetrakisphosphate, a signaling molecule that increases chloride secretion indirectly by antagonizing the inhibition of chloride secretion by phosphatidylinositol 3,4,5-trisphosphate [Eckmann, L., Rudolf, M. T., Ptasznik, A., Schultz, C., Jiang, T., Wolfson, N., Tsien, R., Fierer, J., Shears, S. B., Kagnoff, M. F., et al. (1997) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 94, 14456–14460]. Mutation of a conserved cysteine that abolishes phosphatase activity of SopB results in a mutant strain, S. dublin SB c/s, with decreased ability to induce fluid secretion in infected calf intestine loops. Moreover, HeLa cells infected with S. dublin SB c/s do not accumulate high levels of inositol 1,4,5,6-tetrakisphosphate that are characteristic of wild-type S. dublin-infected cells. Therefore, SopB mediates virulence by interdicting inositol phosphate signaling pathways.

Covalent intermediate trapped in 2-keto-3-deoxy-6- phosphogluconate (KDPG) aldolase structure at 1.95-Å resolution

2-Keto-3-deoxy-6-phosphogluconate (KDPG) aldolase catalyzes the reversible cleavage of KDPG to pyruvate and glyceraldehyde-3-phosphate. The enzyme is a class I aldolase whose reaction mechanism involves formation of Schiff base intermediates between Lys-133 and a keto substrate. A covalent adduct was trapped by flash freezing KDPG aldolase crystals soaked with 10 mM pyruvate in acidic conditions at pH 4.6. Structure determination to 1.95-Å resolution showed that pyruvate had undergone nucleophilic attack with Lys-133, forming a protonated carbinolamine intermediate, a functional Schiff base precursor, which was stabilized by hydrogen bonding with active site residues. Carbinolamine interaction with Glu-45 indicates general base catalysis of several rate steps. Stereospecific addition is ensured by aromatic interaction of Phe-135 with the pyruvate methyl group. In the native structure, Lys-133 donates all of its hydrogen bonds, indicating the presence of an ɛ-ammonium salt group. Nucleophilic activation is postulated to occur by proton transfer in the monoprotonated zwitterionic pair (Glu-45/Lys-133). Formation of the zwitterionic pair requires prior side chain rearrangement by protonated Lys-133 to displace a water molecule, hydrogen bonded to the zwitterionic residues.

Peroxynitrite disables the tyrosine phosphorylation regulatory mechanism: Lymphocyte-specific tyrosine kinase fails to phosphorylate nitrated cdc2(6-20)NH2 peptide.

To determine if nitration of tyrosine residues by peroxynitrite (PN), which can be generated endogenously, can disrupt the phosphorylation of tyrosine residues in proteins involved in cell signaling networks, we studied the effect of PN-promoted nitration of tyrosine residues in a pentadecameric peptide, cdc2(6-20)NH2, on the ability of the peptide to be phosphorylated. cdc2(6-20)NH2 corresponds to the tyrosine phosphorylation site of p34cdc2 kinase, which is phosphorylated by lck kinase (lymphocyte-specific tyrosine kinase, p56lck). PN nitrates both Tyr-15 and Tyr-19 of the peptide in phosphate buffer (pH 7.5) at 37 degrees C. Nitration of Tyr-15. which is the phosphorylated amino acid residue, inhibits completely the phosphorylation of the peptide. The nitration reaction is enhanced by either Fe(III)EDTA or Cu(II)-Zn(II)-superoxide dismutase (Cu,Zn-SOD). The kinetic data are consistent with the view that reactions of Fe(111)EDTA or Cu,Zn-SOD with the cis form of PN yield complexes in which PN decomposes more slowly to form N02+, the nitrating agent. Thus, the nitration efficiency of PN is enhanced. These results are discussed from the point of view that PN-promoted nitration will result in permanent impairment of cyclic cascades that control signal transduction processes and regulate cell cycles.

Crystallographic evidence for the action of potassium, thallium, and lithium ions on fructose-1,6-bisphosphatase.

Fructose-1,6-bisphosphatase (Fru-1,6-Pase; D-fructose-1,6-bisphosphate 1-phosphohydrolase, EC 3.1.3.11) requires two divalent metal ions to hydrolyze alpha-D-fructose 1,6-bisphosphate. Although not required for catalysis, monovalent cations modify the enzyme activity; K+ and Tl+ ions are activators, whereas Li+ ions are inhibitors. Their mechanisms of action are still unknown. We report here crystallographic structures of pig kidney Fru-1,6-Pase complexed with K+, Tl+, or both Tl+ and Li+. In the T form Fru-1,6-Pase complexed with the substrate analogue 2,5-anhydro-D-glucitol 1,6-bisphosphate (AhG-1,6-P2) and Tl+ or K+ ions, three Tl+ or K+ binding sites are found. Site 1 is defined by Glu-97, Asp-118, Asp-121, Glu-280, and a 1-phosphate oxygen of AhG-1,6-P2; site 2 is defined by Glu-97, Glu-98, Asp-118, and Leu-120. Finally, site 3 is defined by Arg-276, Glu-280, and the 1-phosphate group of AhG-1,6-P2. The Tl+ or K+ ions at sites 1 and 2 are very close to the positions previously identified for the divalent metal ions. Site 3 is specific to K+ or Tl+. In the divalent metal ion complexes, site 3 is occupied by the guanidinium group of Arg-276. These observations suggest that Tl+ or K+ ions can substitute for Arg-276 in the active site and polarize the 1-phosphate group, thus facilitating nucleophilic attack on the phosphorus center. In the T form complexed with both Tl+ and Li+ ions, Li+ replaces Tl+ at metal site 1. Inhibition by lithium very likely occurs as it binds to this site, thus retarding turnover or phosphate release. The present study provides a structural basis for a similar mechanism of inhibition for inositol monophosphatase, one of the potential targets of lithium ions in the treatment of manic depression.

La tagatose-1,6-bisphosphate aldolase et la fructose-1,6-bisphosphate aldolase de classe I : mécanisme et stéréospécificité

La tagatose-1,6-biphosphate aldolase de Streptococcus pyogenes est une aldolase qui fait preuve d'un remarquable manque de spécificité vis à vis de ses substrats. En effet, elle catalyse le clivage réversible du tagatose-1,6-bisphosphate (TBP), mais également du fructose-1,6-bisphosphate (FBP), du sorbose-1,6-bisphosphate et du psicose-1,6-bisphosphate, quatre stéréoisomères, en dihydroxyacétone phosphate (DHAP) et en glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P). Aldolase de classe I, qui donc catalyse sa réaction en formant un intermédiaire covalent obligatoire, ou base de Schiff, avec son susbtrat, la TBP aldolase de S. pyogenes partage 14 % d’identité avec l’enzyme modèle de cette famille, la FBP aldolase de muscle de mammifère. Bien que le mécanime catalytique de la FBP aldolase des mammifères ait été examiné en détails et qu’il soit approprié d’en tirer des renseignements quant à celui de la TBP aldolase, le manque singulier de stéréospécificité de cette dernière tant dans le sens du clivage que celui de la condensation n’est toujours pas éclairci. Afin de mettre à jour les caractéristiques du mécanisme enzymatique, une étude structurale de la TBP aldolase de S. pyogenes, un pathogène humain extrêmement versatile, a été entreprise. Elle a permis la résolution des structures de l’enzyme native et mutée, en complexe avec des subtrats et des inhibiteurs compétitifs, à des résolutions comprises entre 1.8 Å et 2.5 Å. Le trempage des cristaux de TBP aldolase native et mutante dans une solution saturante de FBP ou TBP a en outre permis de piéger un authentique intermédiaire covalent lié à la Lys205, la lysine catalytique. La determination des profils pH de la TBP aldolase native et mutée, entreprise afin d'évaluer l’influence du pH sur la réaction de clivage du FBP et TBP et ìdentifier le(s) résidu(s) impliqué(s), en conjonction avec les données structurales apportées par la cristallographie, ont permis d’identifier sans équivoque Glu163 comme résidu responsable du clivage. En effet, le mode de liaison sensiblement différent des ligands utilisés selon la stéréochimie en leur C3 et C4 permet à Glu163, équivalent à Glu187 dans la FBP aldolase de classe I, d’abstraire le proton sur l’hydroxyle du C4 et ainsi d’amorcer le clivage du lien C3-C4. L’étude du mécanimse inverse, celui de la condensation, grâce par exemple à la structure de l’enzyme native en complexe avec ses substrats à trois carbones le DHAP et le G3P, a en outre permis d’identifier un isomérisme du substrat G3P comme possible cause de la synthèse des isomères en C4 par cette enzyme. Ce résultat, ainsi que la decouverte d’un possible isomérisme cis-trans autour du lien C2-C3 de la base de Schiff formée avec le DHAP, identifié précedemment, permet de cerner presque complètement les particularités du mécanisme de cette enzyme et d’expliquer comment elle est capable de synthétiser les quatres stéréoisomères 3(S/R), 4(S/R). De plus, la résolution de ces structures a permis de mettre en évidence trois régions très mobiles de la protéine, ce qui pourrait être relié au rôle postulé de son isozyme chez S. pyogenes dans la régulation de l’expression génétique et de la virulence de la bactérie. Enfin, la résolution de la structure du mutant Lys229→Met de la FBP aldolase de muscle en complexe avec la forme cyclique du FBP, de même que des études cristallographiques sur le mutant équivalent Lys205→Met de la TBP aldolase de S. pyogenes et des expériences de calorimétrie ont permis d’identifier deux résidus particuliers, Ala31 et Asp33 chez la FBP aldolase, comme possible cause de la discrimination de cette enzyme contre les substrats 3(R) et 4(S), et ce par encombrement stérique des substrats cycliques. La cristallographie par rayons X et la cinétique enzymatique ont ainsi permis d'avancer dans l'élucidation du mécanisme et des propriétés structurales de cette enzyme aux caractéristiques particulières.