Embora a primeira menção direta ao domínio GGDEF tenha sido feita no ano de 1995 em um artigo sobre o regulador de resposta PleD de Caulobacter crescentus – nele era reportada a relação dessa proteína com a transição entre fenótipos associados à motilidade e ao estado séssil bacteriano –, somente no ano de 1998 foi conjecturada a possibilidade de que esse domínio, juntamente com o domínio EAL, pudesse estar associado ao metabolismo da molécula de c-di-GMP.55-56 A relação entre esse dinucleotídeo, os domínios GGDEF e EAL e
a transição entre os estados séssil e móvel só seria mais explicitamente descrita seis anos mais tarde. Contudo, ainda entre os anos de 1998 e 2001, surgiu um crescente interesse pelos recém-revelados domínios, graças ao início e rápida progressão do sequenciamento de genomas inteiros, que permitiram a constatação de que os genes que codificam tais domínios têm ampla distribuição entre genomas bacterianos e, ainda mais, estão presentes múltiplas vezes em muitos deles.57-59
De fato, ainda que muito mais acentuadamente nos genomas de bactérias Gram- negativas do que de Gram-positivas, observa-se que os domínios GGDEF, EAL (e em menor proporção, HD-GYP) estão codificados diversas vezes no genoma de diversas espécies, integrando proteínas com arquiteturas variadas, estando frequentemente associados a um domínio sensor amino-terminal (veja subseção 1.2.1.2).1 A Tabela 1 apresenta a quantidade identificada desses domínios nos genomas de alguns organismos escolhidos como exemplo.
Tabela 1 - Distribuição dos domínios GGDEF, EAL e HD-GYP em oito genomas bacterianos. A terceira coluna refere-se a proteínas que contém ambos os domínios GGDEF e EAL; a segunda e a quarta, somente domínio GGDEF ou EAL, respectivamente. Somente C. crescentus
(Alphaproteobacteria), B. cenocepacia (Betaproteobacteria) e C. difficile (Clostridia; única Gram- positiva listada como exemplo) não pertencem à classe Gammaproteobacteria. Os organismos estão apresentados na ordem decrescente dos valores da última coluna, que apresenta a soma dos valores de todas as outras colunas para aquele organismo.
Organismo GGDEF GGDEF + EAL EAL HD-GYP Total
Vibrio choleraeEl Tor N16961 31 10 12 9 62
Pseudomonas aeruginosa PAO1 17 16 5 3 41
Xanthomonas axonopodis pv. citri str. 306 20 10 4 3 37
Clostridium difficile str. 630 18 18 1 0 37
Escherichia coli str. K-12 substr. MG1655 12 7 10 0 29
Burkholderia cenocepacia AU 1054 13 5 6 2 26
Salmonella enterica serovar Typhimurium LT2 5 7 8 0 20
Caulobacter crescentus CB15 4 7 3 0 14
Fonte: DISTRIBUTION...51
Essa multiplicidade de domínios cuja função na sinalização celular, em primeira análise, poderia ser suposta redundante é, ao que tudo indica, uma das premissas mais importantes para explicar a abrangência e a complexidade da sinalização por c-di-GMP. Em conjunto, essa elevada quantidade de proteínas com domínios GGDEF, EAL e HD-GYP e a grande variedade de receptores desse segundo mensageiro alicerçam, certamente, a existência dessa intrincada rede de sinalização, capaz de responder a diferentes tipos de estímulo, regulando de forma eficiente e dinâmica inúmeros fenótipos celulares importantes.1,6,8,28,33
Nos últimos anos, estudos como o de Kulasekara e colaboradores, nos quais é avaliada a expressão de diversos fenótipos em um organismo em resposta a algum tipo de intervenção
na expressão ou atividade de domínios associados ao metabolismo de c-di-GMP, têm indicado que domínios que supostamente exercem a mesma função catalítica podem induzir respostas celulares bastante distintas.54,60,61 De acordo com esses resultados, é possível supor que o c-di-GMP metabolizado por um determinado par de domínios GGDEF e EAL, por exemplo, poderia ter um alvo celular específico, o que é bastante surpreendente, considerando a ampla quantidade de alvos controlados por essas vias de sinalização e que o c-di-GMP, por ser uma molécula pequena e solúvel, provavelmente difunde-se livremente pelo citoplasma.54
Por fim, como se verifica na Tabela 1, há uma quantidade elevada de proteínas que contém ambos os domínios GGDEF e EAL (terceira coluna). Com algumas exceções, esses domínios estão geralmente arranjados de forma consecutiva na sequência proteica, próximos ao terminal carboxila, com o domínio GGDEF antecedendo o domínio EAL. Esse tipo de associação também é vista entre o domínio GGDEF e o domínio HD-GYP.8 Considerando o cenário anteriormente descrito, em que as concentrações de um sinalizador altamente difusível devem, de alguma forma, atuar em alvos bastante específicos, a existência de proteínas que potencialmente acumulam as funções DGC e PDE – e, desta forma, poderiam evitar o “vazamento” do sinal – é bastante sugestiva. Nesse contexto, seria coerente presumir ainda que a proximidade dessas proteínas com efetores e com seus alvos diretos poderia manter a sinalização restrita a uma via específica.
As proteínas com domínios GGDEF e EAL ou HD-GYP, na realidade, apesar de conservarem, em alguns casos, ambas as funções, podem também ter ambos os domínios cataliticamente inativos ou ainda, e mais comumente, podem ter somente um deles ativo.1,8,29 No caso da proteína PdeA de Caulobacter crescentus, por exemplo, o domínio GGDEF, apesar de cataliticamente inativo, liga-se ao GTP para ativar alostericamente o domínio EAL adjacente, aumentando a sua atividade PDE.1,29 Há casos interessantes, como o da proteína scrC de Vibrio parahaemolyticus, em que a modulação por duas proteínas acessórias, scrA e scrB parece definir qual das duas atividades prevalece, e o da proteína MSDGC1 de
Mycobacterium smegmatis, que apresenta ambas as atividades, mas cujos domínios são
inativos quando isolados.1,8 Alguns desses domínios degenerados podem também atuar como efetores (seção 1.2.2), e participar da regulação de respostas fenotípicas por meio de interações com proteínas ou RNAs alvo ou ainda com outros membros da mesma via de sinalização.8