Abstract Several Leptospira species are bacterial agents of leptospirosis, a neglected tropical disease responsible for ~ 1 million cases and 50,000 deaths each year worldwide. Leptospira , like other members of the Spirochaeta phylum, possess specially adapted flagella that remain confined within the periplasm. These appendages drive a unique, corkscrew-like swimming style that enables efficient motility and pathogenesis. However, the composition, function, and molecular architecture of spirochetal flagellar filaments remain poorly understood. We solved single-particle cryo-EM structures of isolated Leptospira flagellar filaments, comparing the wild-type form to two mutant forms with different missing components and abrogated motilities. The structures reveal a complex proteinaceous sheath surrounding a conserved core composed of the FlaB flagellin homolog. Sheath proteins were found to fall into two distinct categories, both of which are required for motility. Filament ‘coiling’ proteins, FcpA and FcpB, exert force on the filament when they bind its surface, causing the filament to stretch. In contrast, we identify sheath components FlaAP (newly discovered in this study) and FlaA2 as ‘template’ factors, which have little effect on filament shape by themselves, but partition the coiling proteins to one side of the filament. In this way, the two types of Leptospira sheath factors operate collectively on the flagellar filament to bend it from a ‘relaxed’ form associated with cell immobility, to a motility-competent shape that is tightly supercoiled. Our structures also indicate that core-sheath interactions are largely mediated by carbohydrate moieties from flagellin core side chain O -glycosylations. The supercoiling mechanism presented here provides a benchmark for studies with other bacteria, for which near-atomic resolution structures of flagellar filament in native supercoiled forms, are still lacking.

Maleimide-thiol chemistry is widely used in the synthesis of protein–protein conjugate vaccines. In this reaction, thiol and maleimide groups, either in the carrier protein or in the antigen molecules, are linked via a thiosuccinimide linker. The assignment of the conjugation sites is key and is usually done by LC-MS/MS analysis of the conjugate proteolytic digestion, resulting in a very complex mixture of linear peptides and cross-linked peptide pairs. During proteolysis, the thiosuccinimide linker is converted to its hydrolyzed and transcyclized forms. The set of MS/MS spectra assigned to cross-linked peptide pairs contains valuable information about the conjugation sites that must be validated using objective criteria for more reliable assignment. The extracted ion chromatograms (XICs) have not previously been considered for these validation purposes. In the LC-MS/MS analysis, linear peptides eluted with a single-peak XIC pattern, while the cross-linked peptide pairs with a transcyclized linker (consisting of a mixture of diastereomers) eluted with a two-peak XIC pattern in 68–100 % of cases. Cross-linked peptide pairs with the hydrolyzed linker were detected with a multi-peak XIC pattern consisting of two, three and four peaks in 77 %, 15 % and 8 % of cases, respectively. The four-peak XIC pattern corresponds to cross-linked peptide pairs with two positional isomers of the hydrolyzed linker containing a mixture of diastereomers. Tandem digestions increased the analytical value of the XICs by converting the large and hydrophobic cross-linked peptide pairs, that show a single-peak XIC pattern, to more hydrophilic species eluting in multi-peak XIC patterns. XICs are easily obtained in any LC-MS/MS analysis, contain valuable information about conjugation sites and side reaction detection, and are worthy of routine inclusion in bioconjugate characterization.

ABSTRACT Signal transduction is essential for bacteria to adapt to changing environmental conditions. Among many forms of post-translational modifications, reversible protein phosphorylation has evolved as a ubiquitous molecular mechanism of protein regulation in response to specific stimuli. The Ser/Thr protein kinase PknG modulates the fate of intracellular glutamate by controlling the phosphorylation status of the 2-oxoglutarate dehydrogenase regulator OdhI, a function that is conserved among diverse actinobacteria. PknG has a modular organization characterized by the presence of regulatory domains surrounding the catalytic domain. Here we present an investigation through in vivo experiments as well as biochemical and structural methods of the molecular bases of the regulation of PknG from C. glutamicum ( Cg PknG), in the light of previous knowledge available for the kinase from M. tuberculosis ( Mtb PknG). We found that OdhI phosphorylation by Cg PknG is regulated by a conserved mechanism that depends on a C-terminal domain composed of tetratricopeptide repeats (TPR) essential for metabolic homeostasis. Furthermore, we identified a conserved structural motif that physically connects the TPR domain and a flexible N-terminal extension of the kinase that is involved in docking interactions with OdhI. Based on our results and previous reports, we propose a model in which the TPR domain of PknG couples signal detection to the specific phosphorylation of OdhI. Overall, the available data indicate that conserved PknG domains in distant actinobacteria retain their roles in kinase regulation in response to nutrient availability. IMPORTANCE Bacteria control the metabolic processes by which they obtain nutrients and energy in order to adapt to the environment. In this way, the metabolic characteristics of a microorganism determine its ecological role and its usefulness in industrial processes. Here, we use genetic, biochemical, and structural approaches to study a key component in a system that regulates glutamate production in C. glutamicum , a species that is used for the industrial production of amino acids. We elucidated molecular mechanisms involved in metabolic control in C. glutamicum , which are conserved in related pathogenic bacteria. The findings have broader significance for diverse actinobacteria, including microorganisms that cause disease as well as environmental species used to produce billions of dollars of amino acids and antibiotics every year.

The mechanisms of Z-ring assembly and regulation in bacteria are poorly understood, particularly in non-model organisms. Actinobacteria , one of the largest bacterial phyla that includes the deadly human pathogen Mycobacterium tuberculosis , lack the canonical FtsZ-membrane anchors as well as all positive and negative Z-ring regulators described for E. coli . Here we investigate the physiological function of Corynebacterium glutamicum SepF, the only cell division-associated protein from Actinobacteria known to directly interact with the conserved C-terminal tail of FtsZ but whose actual mode of action in cytokinesis is yet to be elucidated. We used a mechanistic cell biology approach to unveil the essential interdependence of FtsZ and SepF required for the formation of a functional Z-ring in the actinobacterial model organism C. glutamicum . The crystal structure of the SepF-FtsZ complex reveals a hydrophobic FtsZ-binding pocket, which defines the SepF homodimer as the functional unit, and a reversible oligomerization interface regulated via an alpha helical switch. FtsZ filaments and lipid membranes have opposing effects on SepF polymerization, leading to a complex dynamic role of the protein at the division site, involving FtsZ bundling, Z-ring tethering and membrane reshaping activities that are needed for proper Z-ring assembly and function.

ABSTRACT Mycobacterium tuberculosis , the etiological agent of tuberculosis, is among the deadliest human pathogens. One of M. tuberculosis ’s pathogenic hallmarks is its ability to persist in a dormant state in the host for long periods, reinitiating the infectious cycle when favorable environmental conditions are found. Thus, it is not surprising that this pathogen has developed different mechanisms to withstand the stressful conditions found in the host. In particular, the Ser/Thr protein kinase PknG has gained special relevance since it regulates nitrogen metabolism and facilitates bacterial survival inside macrophages. Nevertheless, the molecular mechanisms underlying these effects are far from being elucidated. To further investigate these issues, we performed quantitative proteomics analyses of protein extracts from M. tuberculosis H37Rv and a mutant derivative lacking pknG . Our results showed that in the absence of PknG the mycobacterial proteome was remodeled since 5.7% of the proteins encoded by M. tuberculosis presented significant changes in its relative abundance when compared to the wild-type strain. The main biological processes affected by pknG deletion were the biosynthesis of cell envelope components and the response to hypoxic conditions. As many as 13 DosR-regulated proteins were underrepresented in the pknG deletion mutant, including the distinctive Hrp-1, which was found to be 12-fold decreased according to Parallel Reaction Monitoring experiments. Altogether, the results presented here allow us to postulate that PknG regulation of bacterial adaptation to stress conditions might be an important mechanism underlying its reported effect on intracellular bacterial survival.

Abstract The Bovine Leukemia Virus (BLV) Envelope (Env) glycoprotein complex is instrumental in viral infectivity and shapes the host’s immune response. This study presents the production and characterization of a soluble furin-mutated BLV Env ectodomain (sBLV-EnvFm) expressed in a stable S2 insect cell line. We purified a 63 kDa soluble protein, corresponding to the monomeric sBLV-EnvFm, which predominantly presented oligomannose and paucimannose N- glycans, with a high content of core fucose structures. Our results demonstrate that our recombinant protein can be recognized from specific antibodies in BLV infected cattle, suggesting its potential as a powerful diagnostic tool. Moreover, the robust humoral immune response it elicited in mice shows its potential contribution to the development of subunit-based vaccines against BLV.

Abstract Mycobacteria, including pathogens like Mycobacterium tuberculosis , exhibit unique growth patterns and cell envelope structures that challenge our understanding of bacterial physiology. This study sheds light on FhaA, a conserved protein in Mycobacteriales , revealing its pivotal role in coordinating cell envelope biogenesis and asymmetric growth. The elucidation of the FhaA interactome in living mycobacterial cells reveals its participation in the protein network orchestrating cell envelope biogenesis and cell elongation/division. By manipulating FhaA levels, we uncovered its influence on cell morphology, cell envelope organization, and the localization of peptidoglycan biosynthesis machinery. Notably, fhaA deletion disrupted the characteristic asymmetric growth of mycobacteria, highlighting its importance in maintaining this distinctive feature. Our findings position FhaA as a key regulator in a complex protein network, orchestrating the asymmetric distribution and activity of cell envelope biosynthetic machinery. This work not only advances our understanding of mycobacterial growth mechanisms but also identifies FhaA as a potential target for future studies on cell envelope biogenesis and bacterial growth regulation. These insights into the fundamental biology of mycobacteria may pave the way for novel approaches to combat mycobacterial infections addressing the ongoing challenge of diseases like tuberculosis in global health.

Abstract Sugar-alcohols are major photosynthates in plants from the Rosaceae family. Expression of the gene encoding aldose-6-phosphate reductase (Ald6PRase), the critical enzyme for glucitol synthesis in rosaceous species, is regulated by physiological and environmental cues. Additionally, Ald6PRase is inhibited by small molecules (hexose-phosphates and inorganic orthophosphate) and oxidizing compounds. This work demonstrates that Ald6PRase from peach leaves is phosphorylated in planta at the N-terminus. We also show in vitro phosphorylation of recombinant Ald6PRase by a partially purified kinase extract from peach leaves containing Ca 2+ -dependent protein kinases (CDPKs). Moreover, phosphorylation of recombinant Ald6PRase was inhibited by hexose-phosphates, phosphoenolpyruvate and pyrophosphate. We further show that phosphorylation of recombinant Ald6PRase was maximal using recombinant CDPKs. Overall, our results suggest that phosphorylation could fine-tune the activity of Ald6PRase.

ABSTRACT The order Corynebacteriales includes major industrial and pathogenic actinobacteria such as Corynebacterium glutamicum or Mycobacterium tuberculosis . Their elaborate multi-layered cell wall, composed primarily of the mycolyl-arabinogalactan-peptidoglycan complex, and their polar growth mode impose a stringent coordination between the septal divisome, organized around the tubulin-like protein FtsZ, and the polar elongasome, assembled around the tropomyosin-like protein Wag31. Here, we report the identification of two new divisome members, a gephyrin-like repurposed molybdotransferase (GLP) and its membrane receptor (GLPR). We show that the interplay between the GLPR/GLP module, FtsZ and Wag31 is crucial for orchestrating cell cycle progression. Our results provide a detailed molecular understanding of the crosstalk between two essential machineries, the divisome and elongasome, and reveal that Corynebacteriales have evolved a protein scaffold to control cell division and morphogenesis similar to the gephyrin/GlyR system that in higher eukaryotes mediates synaptic signaling through network organization of membrane receptors and the microtubule cytoskeleton.