CTL4 e CTLMA2 ambos consistem de um peptídeo de sinal, uma seqüência N-terminal curta contendo o motivo CXCXC, e um único domínio CTL. Um relatório recente sugeriu que a função de CTL4 e CTLMA2 ou seus cofatores divergiram dentro de Anopheles, e especificamente que An. albimanus CTL4 não contém os resíduos de cisteína N-terminal envolvidos nas ligações de dissulfeto22. Reexaminamos primeiro os ortologs de CTL4 (AGAP005335) e CTLMA2 (AGAP005334), os quais têm uma orientação próxima ao cromossomo 2L (Fig. 1a), usando os modelos genéticos atuais (a partir de fevereiro de 2019) em Vectorbase24. Encontramos proteínas com um motivo N-terminal CXCXC para 15/16 ortologs CTL4, incluindo An. albimanus AALB014534, e 13/14 ortologs CTLMA2. Realizamos alinhamentos sequenciais múltiplos de CTL4 e CTLMA2 de 10 espécies de Anopheles asiáticos, africanos e do Novo Mundo (Fig. 1b). As árvores filogenéticas não enraizadas têm topologia quase idêntica, e uma árvore filogenética combinada tem dois ramos simétricos, exceto pela posição de An. dirus em relação a An. funestus e An. maculatus.
Isto suporta a hipótese de que CTL4 e CTLMA2 são conservados dentro do gênero Anopheles, com ortologs ausentes refletindo anotação incompleta de certos genomas. Examinamos a região genômica de três espécies com um ortolog CTL4 relatado, mas nenhum ortolog CTLMA2: An. stephensi ASTE002637, An. minimus AMIN007380, e An. melas AMEC014491. Todos possuem um gene próximo ou sobreposto em orientação inversa – ASTE002636, AMIN007379 e AMEC088499, compreendendo dois domínios CTL. Para An. stephensi e An. minimus o segundo CTL é precedido por um motivo CXCXC, sugerindo que eles podem ser ortologs CTLMA2. Nos mosquitos Aedes e Culex, a situação é menos clara. Um ortolog CTLMA2 incluindo um motivo CXCXC terminal N é anotado em Ae. albopictus, AALF001196, e tem um gene de dois exon invertido de perto AALF001195, composto por uma protease serina e um domínio CTL. O modelo do gene Ae. aegypti de outubro de 2018 inclui um ortolog CTLMA2 com motivo N-terminal CXCXC, CTLMA14 (AAEL014382), atualmente listado como um ortolog CTL4). Um ortograma CTLMA2 é anotado em C. quinquefasciatus, CPIJ000443, mas não tem o motivo CXCXC terminal N. Isto sugere que CTLMA2 surgiu em um ancestral comum de Anopheles e Aedes, enquanto CTL4 pode ser específico de Anopheles.
Caracterização Bioquímica
An. gambiae CTL4/CTLMA2 (Ag, Fig. 2a,b), CTL4 e CTLMA2 CRDs (Fig. S1a), e An. albimanus CTL4/CTLMA2 (Aa, Fig. S1b) foram expressos em células de insetos usando o sistema vetorial de expressão do baculovírus (BEVS) e purificados para homogeneidade. O AgCTL4 maduro (25-177) tem uma massa molar de 17,3 kDa e pI 7,7. O AgCTLMA2 maduro (18-174) tem uma massa molar de 17,9 kDa e pI 4,5. O heterodímero purificado tem um peso molecular em SDS-PAGE não redutor (NR) de 35 kDa (Fig. 2a) e elui como um único pico em cromatografia de exclusão de tamanho (SEC) com um peso molecular aparente de 40 kDa (Fig. 2b). CTL4 e CTLMA2 monoméricos aparecem na redução de SDS-PAGE em 17 kDa e 20 kDa, respectivamente. Como anteriormente observado, o aumento do peso molecular aparente de CTLMA2 pode refletir sua distribuição incomum de aminoácidos (ácidos)20,
Foi demonstrado que o An. gambiae CTL4/CTLMA2 é estabilizado por um dissulfeto intermolecular entre cisteínas do motivo N-terminal CXCXC; mutação dessas três cisteínas para a formação de bissulfeto inter-cadeia de abortos de alanina20. Para refinar ainda mais a localização do dissulfureto entre cadeias, construímos nove mutantes contendo uma única cisteína no motivo N-terminal CXCXC do CTL4 e CTLMA2, coexpressámos as proteínas nas células Sf9, e realizámos o Western Blotting para detectar CTL4 e CTLMA2. A formação de dissulfeto intermolecular foi ineficiente, mas evidente na não redução da SDS-PAGE em todos os casos (Fig. 2c).
O que sugere que a formação de dissulfeto intermolecular N-terminal entre CTL4 e CTLMA2 é promíscua, ao invés de envolver um resíduo específico de cisteína de cada proteína. Se a formação de dissulfureto intermolecular for promíscua, os heterodímeros CTL4/CTLMA2 poderiam, em princípio, formar oligómeros com pontes de dissulfureto multivalentes. No entanto, não são detectados oligómeros dissulfurados em NR-SDS-PAGE para An. gambiae CTL4/CTLMA2 (Fig. 2a). Da mesma forma, enquanto CTL4 e CTLMA2 podem formar homodímeros com ponte dissulfídica in vitro20, o produto purificado é esmagadoramente (>95%) heterodímero. Algumas bandas menores (~10%) são observadas na NR-SDS-PAGE para An. albimanus CTL4/CTLMA2 (Fig. S1b) que podem representar homodímeros ou formação de oligómeros.
Both An. gambiae CTL4/CTLMA2 e An. albimanus CTL4/CTLMA2 são polidispersíveis em solução. A oligomerização não covalente de ordem superior é evidente como um ombro do pico principal na SEC com concentração crescente, e é mais pronunciada para An. albimanus CTL4/CTLMA2 (Fig. S1). Foi confirmada a existência de espécies oligoméricas por sedimentação-velocidade ultracentrifugação analítica (AUC) (Fig. 2d). A pH 7,5 uma série de espécies de intensidade decrescente é observada na distribuição c(s): s1 = 3,1 s, s2 = 4,4 s, s3 = 5,9 s. A oligomerização é independente de Ca2+ para A. gambiae CTL4/CTLMA2 mas aumenta substancialmente com Ca2+ para A. albimanus CTL4/CTLMA2 (Fig. S1b), e não está correlacionado com o pH de acordo com a dispersão dinâmica da luz (DLS) (Fig. 2e).
Calcium binding
As CTLs, tanto CTL4 como CTLMA2 podem ligar o cálcio. Entretanto, os resíduos de ligação canônica Ca2+ em CTL4 são mutantes, sugerindo que pode ser um CTLD, mas não um CRD tipo C. Assim, medimos a afinidade de ligação do cálcio de An. gambiae CTL4, CTLMA2 e o heterodímero CTL4/CTLMA2 de An. gambiae e An. albimanus por calorimetria de titulação isotérmica (ITC). Em condições equivalentes, a ligação foi observada para CTLMA2 e CTL4/CTLMA2, mas não para CTL4 (Fig. 3a-c). Constantes de ligação e parâmetros termodinâmicos foram calculados a partir dos resultados de três experimentos independentes (Tabela 1). A ligação CTLMA2 Ca2+ é bem ajustada por um único modelo local com KD = 173 ± 27 μM, ΔH = 12 ± 2 kcal/mol. A afinidade de An. gambiae CTL4/CTLMA2 para cálcio é ~40 × superior ao CTLMA2 com KD = 4,9 ± 0,5 μM, ΔH = -23 ± 4 kcal/mol. An. albimanus CTL4/CTLMA2 (Fig. 3d) tem uma afinidade semelhante para o cálcio com KD = 2,82 μM, ΔH = -12,1 kcal/mol. Entretanto, a ligação do cálcio tanto para An. gambiae quanto para An. albimanus CTL4/CTLMA2 foi subestoquiométrica (N = 0,36-0,50).