Sarasa Buisán, Cristina
Fillat Castejón, María Francisca (dir.) ; Sevilla Miguel, Emma (dir.)
Universidad de Zaragoza,
2022
Abstract: Las proteínas FUR (Ferric Uptake Regulator) constituyen una familia de reguladores transcripcionales con una gran diversidad de funciones. Hasta la realización de este trabajo, el regulador FurC era el miembro menos estudiado de la familia FUR en la cianobacteria fijadora de nitrógeno Anabaena sp. PCC7120. FurC fue previamente descrita como el ortólogo de PerR (Peroxide response Regulator). Estudios independientes revelaron que este regulador era esencial en Anabaena sp. PCC7120 y no en la cianobacteria no diazótrofa Synechocystis sp. PCC6803, lo que sugería que FurC podía desempeñar un papel fundamental en cianobacterias fijadoras de nitrógeno. En esta tesis doctoral se ha realizado una caracterización exhaustiva de FurC de Anabaena sp. PCC7120, desde sus características bioquímicas hasta su función biológica en la cianobacteria y se han investigado tanto los aspectos relacionados con su papel canónico como regulador PerR, como su implicación en procesos más allá de la defensa frente al estrés oxidativo.
En lo relativo a sus características bioquímicas, en este trabajo se ha demostrado que FurC presenta un átomo de Zn fuertemente unido por monómero de proteína, además de un sitio de unión a metal regulador, en el que FurC es capaz de incorporar Mn2+ o Zn2+. Por otro lado, se observó que en condiciones reductoras la forma oligomérica predominante de FurC es un dímero. Los ensayos de oligomerización y estudios de actividad pusieron de manifiesto que FurC puede presentar dos niveles de oxidación. Además de la inactivación irreversible mediante oxidación catalizada por metal, FurC se puede oxidar reversiblemente en presencia de H2O2 o diamida mediante la formación de puentes disulfuro entre dímeros para formar oligómeros de mayor peso molecular.
En cuanto a su función biológica, los resultados de este estudio muestran que FurC es un regulador global de la transcripción en cianobacterias, interconectando la respuesta al estrés oxidativo característica de los reguladores PerR con otros múltiples procesos celulares, incluyendo la fotosíntesis, la división celular, la homeostasis del hierro, la diferenciación de heterocistos y el metabolismo central del carbono. En concreto, FurC de Anabaena sp. PCC7120 ha mostrado un papel relevante en la regulación directa de genes que actúan en las diferentes fases de la diferenciación del heterocisto y la fijación del nitrógeno. Por otro lado, se han descrito nuevas dianas de FurC involucradas en el metabolismo del carbono, así como su capacidad para interaccionar con 2-OG, lo que confirma el importante papel de este regulador en el control de procesos dependientes de la ratio C/N.
Finalmente, se han realizado análisis comparativos del exoproteoma y exometaboloma de la estirpe de sobreexpresión de furC (EB2770FurC) y de Anabaena sp. PCC7120. Se encontraron cambios en la abundancia de 213 proteínas en el exoproteoma de EB2770FurC pertenecientes a diversas categorías funcionales. Entre ellas, se encontraron en menor abundancia un grupo de proteínas relacionadas con la pared celular y su integridad, incluyendo, entre otras, diversas porinas y amidasas de mureína. Los análisis comparativos del exometaboloma de ambas cepas revelaron que la estirpe de sobreexpresión de furC presenta en el medio extracelular mayor cantidad de los precursores del peptidoglicano anhidroMurNAc y GlcNAc-anhidroMurNAc, metabolitos de gran interés para la industria farmacéutica.
Abstract (other lang.):
En lo relativo a sus características bioquímicas, en este trabajo se ha demostrado que FurC presenta un átomo de Zn fuertemente unido por monómero de proteína, además de un sitio de unión a metal regulador, en el que FurC es capaz de incorporar Mn2+ o Zn2+. Por otro lado, se observó que en condiciones reductoras la forma oligomérica predominante de FurC es un dímero. Los ensayos de oligomerización y estudios de actividad pusieron de manifiesto que FurC puede presentar dos niveles de oxidación. Además de la inactivación irreversible mediante oxidación catalizada por metal, FurC se puede oxidar reversiblemente en presencia de H2O2 o diamida mediante la formación de puentes disulfuro entre dímeros para formar oligómeros de mayor peso molecular.
En cuanto a su función biológica, los resultados de este estudio muestran que FurC es un regulador global de la transcripción en cianobacterias, interconectando la respuesta al estrés oxidativo característica de los reguladores PerR con otros múltiples procesos celulares, incluyendo la fotosíntesis, la división celular, la homeostasis del hierro, la diferenciación de heterocistos y el metabolismo central del carbono. En concreto, FurC de Anabaena sp. PCC7120 ha mostrado un papel relevante en la regulación directa de genes que actúan en las diferentes fases de la diferenciación del heterocisto y la fijación del nitrógeno. Por otro lado, se han descrito nuevas dianas de FurC involucradas en el metabolismo del carbono, así como su capacidad para interaccionar con 2-OG, lo que confirma el importante papel de este regulador en el control de procesos dependientes de la ratio C/N.
Finalmente, se han realizado análisis comparativos del exoproteoma y exometaboloma de la estirpe de sobreexpresión de furC (EB2770FurC) y de Anabaena sp. PCC7120. Se encontraron cambios en la abundancia de 213 proteínas en el exoproteoma de EB2770FurC pertenecientes a diversas categorías funcionales. Entre ellas, se encontraron en menor abundancia un grupo de proteínas relacionadas con la pared celular y su integridad, incluyendo, entre otras, diversas porinas y amidasas de mureína. Los análisis comparativos del exometaboloma de ambas cepas revelaron que la estirpe de sobreexpresión de furC presenta en el medio extracelular mayor cantidad de los precursores del peptidoglicano anhidroMurNAc y GlcNAc-anhidroMurNAc, metabolitos de gran interés para la industria farmacéutica.
Abstract (other lang.):
Pal. clave: fisiología bacteriana ; biología molecular de microorganismos
Titulación: Programa de Doctorado en Bioquímica y Biología Molecular
Plan(es): Plan 485
Knowledge area: Ciencias
Nota: Presentado: 24 06 2022
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, , 2022
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