La adaptación a la deficiencia de zinc en cianobacteriasPapel de treonil-trna sintetasas duplicadas

Resumen

Las aminoacil tRNA sintetasas (aaRSs) son las enzimas que catalizan la carga del aminoácido en el tRNA y son las responsables de mantener la fidelidad en la traducción del código genético. Las aaRSs son componentes esenciales de la síntesis proteica y son ubicuas en todos los dominios de la vida (Ibba y Sol, 2000; Perona y Hadd, 2012). La cianobacteria filamentosa Anabaena sp.PCC 7120 contiene dos genes de treonil tRNA sintetasa, alr0335(thrS1) y all4723 (thrS2), originados por un evento de duplicación génica ocurrido en el phylum (Luque et al., 2008). Si bien ambos genes cifran ThrRSs bioquímicamente activas, su patrón de regulación es muy diferente: mientras que thrS1 se expresa constitutivamente en condiciones estándar de cultivo, thrS2 solo se induce tras la adición de TPEN -un quelante de iones divalentes-al cultivo (Napolitano et al., 2012). En esta tesis se ha identificado el regulador que reprime la expresión del gen thrS2, el regulador Zur, que permite la expresión en condiciones de deficiencia de zinc. Se han analizado el conjunto de genes que se encuentra bajo la acción de este regulador (regulón), entre los que se encuentras transportadores de la membrana externa e interna y homólogos que utilizan cofactores alternativos al zinc, lo que ha permitido delinear la estrategia de adaptación de Anabaena a la carencia de dicho metal. Se ha caracterizado asimismo el sistema compuesto por las dos treonil-tRNA sintetasas, T1 y T2. La enzima T1 es la encargada de aminoacilar el tRNA en condiciones estándar, mientras que esta actividad es llevaba a cabo por T2 en condiciones de bajo zinc. Sorprentemente, ambas proteínas utilizan exclusivamente zinc como cofactor, por el que poseen una afinidad similar. Aunque ambas son proteínas diméricas, la pérdida del cofactor metálico induce la monomerización de T1, pero no de T2. La enzima T2 es defectiva en la edición y produce tRNA cargado con el aminoácido ilegítimo serina a una elevada tasa. Ambas enzimas pueden formar heterodímeros T1-T2, que trabajan de forma concertada durante la aclimatación a la deficiencia de zinc, siendo T2 la enzima encargada de la aminoacilación y T1 responsable de editar el tRNA cargado con serina. El ensanblaje de oligómeros de T1 y T2 está controlado por la célula y se adapta a las necesidades fisiológicas de ésta (en este caso, la deficiencia de zinc). Hemos detectado más de 26000 genomas que contienen genes de aaRSs duplicados, por lo que se propone que la oligomerización controlada de subunidades puede ser un mecanismo general para generar variabilidad que exceda a aquella contenida en el repertorio genético.