Hispanopedia WikiEn biología molecular , las proteínas del reloj circadiano de las cianobacterias son el principal regulador circadiano en estas bacterias . Estas proteínas comprenden tres componentes: KaiA , KaiB y KaiC . El complejo KaiABC podría actuar como un regulador de la transcripción no específico del promotor , reprimiendo la transcripción , posiblemente al influir en el estado de compactación cromosómica . Este complejo se expresa a partir de un operón KaiABC .
En el complejo, KaiA aumenta el grado de fosforilación de kaiC. Por el contrario, la presencia de kaiB en el complejo disminuye dicho grado de fosforilación, lo que sugiere que kaiB actúa antagonizando la interacción entre kaiA y kaiC. La actividad de KaiA activa la expresión de kaiBC, mientras que KaiC la reprime.
También en la familia KaiC se encuentra RadA/Sms, una proteína eubacteriana altamente conservada que comparte similitud de secuencia con la transferasa de cadena RecA y la proteasa lon . La familia RadA/Sms son proteasas probablemente dependientes de ATP involucradas tanto en la reparación del ADN como en la degradación de proteínas, péptidos y glicopéptidos . Se clasifican como homólogos no peptidasas y peptidasas no asignadas en la familia de peptidasas MEROPS S16 (familia de proteasas lon, clan SJ). RadA/Sms está involucrada en la recombinación y la reparación recombinacional, muy probablemente implicando la estabilización o el procesamiento de moléculas de ADN ramificadas o horquillas de replicación bloqueadas debido a su redundancia genética con RecG y RuvABC. [ 1 ]
Estructura
El plegamiento general del monómero KaiA es el de un haz de cuatro hélices , que forma un dímero en la estructura conocida . [ 2 ] KaiA funciona como un homodímero . Cada monómero está compuesto por tres dominios funcionales : el dominio amplificador de amplitud N-terminal , el dominio ajustador de período central y el dominio oscilador de reloj C-terminal . El dominio N-terminal de KaiA, de cianobacterias, actúa como un dominio pseudoreceptor, pero carece del residuo de aspartilo conservado requerido para la fosfotransferencia en los reguladores de respuesta. [ 3 ] El dominio C-terminal es responsable de la formación del dímero, la unión a KaiC, el aumento de la fosforilación de KaiC y la generación de las oscilaciones circadianas . [ 4 ] La proteína KaiA de Anabaena sp. (cepa PCC 7120) carece del dominio similar a CheY N-terminal.
KaiB adopta un motivo de meandro alfa-beta y se ha descubierto que es un dímero o un tetrámero . [ 2 ] [ 5 ]
KaiC pertenece a una familia más amplia de proteínas ; realiza autofosforilación y actúa como su propio represor transcripcional . Se une al ATP . [ 6 ]
Acuerdos alternativos
Historia del descubrimiento
Debido a la ausencia de núcleo en estos organismos, existían dudas sobre si las cianobacterias serían capaces de expresar ritmos circadianos. Kondo et al. fueron los primeros en demostrar de forma concluyente que las cianobacterias sí poseen ritmos circadianos.
En un experimento de 1993, utilizaron un gen reportero de luciferasa insertado en la bacteria Synechococcus sp., genéticamente manipulable, que se cultivó en un ciclo de luz-oscuridad de 12:12 para asegurar el "sincronización". Se utilizaron dos grupos de bacterias, de modo que uno estuvo expuesto a la luz y el otro a la oscuridad durante este período de sincronización. Una vez que las bacterias entraron en la fase estacionaria, se transfirieron a tubos de ensayo mantenidos en luz constante, excepto durante períodos de registro de 5 minutos cada 30 minutos, en los que los tubos se mantuvieron en oscuridad para medir sus niveles de bioluminiscencia .
Descubrieron que el nivel de bioluminiscencia seguía un ciclo cercano a las 24 horas y que los dos grupos oscilaban con fases opuestas. Esto les llevó a concluir que el genoma de Synechococcus sp. estaba regulado por un reloj circadiano. (1)
Función in vitro
Los osciladores circadianos en eucariotas que se han estudiado funcionan mediante un bucle de retroalimentación negativa en el que las proteínas inhiben su propia transcripción en un ciclo que dura aproximadamente 24 horas. Esto se conoce como oscilador derivado de transcripción-traducción (TTO). (2) Al carecer de núcleo, las células procariotas deben tener un mecanismo diferente para mantener el ritmo circadiano.
En 1998, Ishiura et al. determinaron que el complejo proteico KaiABC era responsable del bucle de retroalimentación negativa circadiana en Synechococcus al mapear 19 mutantes del reloj a los genes de estas tres proteínas.(3)
Un experimento realizado por Nakajima et al. en 2005 logró demostrar la oscilación circadiana del complejo KaiABC de Synechococcus in vitro . Para ello, añadieron KaiA , KaiB , KaiC y ATP a un tubo de ensayo en la proporción aproximada registrada in vivo . Posteriormente, midieron los niveles de fosforilación de KaiC y observaron que presentaba ritmicidad circadiana durante tres ciclos sin amortiguación. Este ciclo también compensaba la temperatura.
También probaron la incubación de la proteína KaiC mutante con KaiA, KaiB y ATP. Descubrieron que el período de fosforilación de KaiC coincidía con el período intrínseco de la cianobacteria con el genoma mutante correspondiente. Estos resultados les llevaron a concluir que la fosforilación de KaiC es la base de la generación del ritmo circadiano en Synechococcus . (2)
Los relojes de cianobacterias como sistemas modelo
Las cianobacterias son los organismos más simples que se han observado demostrando ritmos circadianos. (2)(3) Su primitividad y simplicidad hacen que el modelo de fosforilación de KaiC sea invaluable para la investigación de los ritmos circadianos. Si bien es mucho más simple que los modelos para los generadores de ritmos circadianos eucariotas, los principios son en gran medida los mismos. En ambos sistemas, el período circadiano depende de las interacciones entre proteínas dentro de la célula, y cuando los genes de esas proteínas mutan, el período expresado cambia. (1)(2)
Este modelo de generación del ritmo circadiano también tiene implicaciones para el estudio de la biología evolutiva circadiana. Dada la simplicidad de las cianobacterias y de este sistema circadiano, se puede suponer que los osciladores circadianos eucariotas derivan de un sistema similar al presente en las cianobacterias. (1)
Véase también
Referencias
- ↑ Beam CE, Saveson CJ, Lovett ST (diciembre de 2002). "Función de radA/sms en el procesamiento de intermediarios de recombinación en Escherichia coli" . J. Bacteriol . 184 (24): 6836–44 . doi : 10.1128/jb.184.24.6836-6844.2002 . PMC 135464. PMID 12446634 .
- 1 2 Garces RG, Wu N, Gillon W, Pai EF (abril de 2004). "Las proteínas del reloj circadiano de Anabaena, KaiA y KaiB, revelan un posible sitio de unión común a su pareja KaiC" . EMBO J. 23 ( 8): 1688–98 . doi : 10.1038/sj.emboj.7600190 . PMC 394244. PMID 15071498 .
- ↑ Williams SB, Vakonakis I, Golden SS, LiWang AC (noviembre de 2002). "Estructura y función de la proteína del reloj circadiano KaiA de Synechococcus elongatus: un posible mecanismo de entrada del reloj" . Proc . Natl. Acad. Sci. USA . 99 (24): 15357– 62. Bibcode : 2002PNAS...9915357W . doi : 10.1073/pnas.232517099 . PMC 137721. PMID 12438647 .
- ↑ Uzumaki T, Fujita M, Nakatsu T, Hayashi F, Shibata H, Itoh N, Kato H, Ishiura M (julio de 2004). "Estructura cristalina del dominio oscilador del reloj C-terminal de la proteína KaiA de cianobacterias". Nat . Struct. Mol. Biol . 11 (7): 623– 31. doi : 10.1038/nsmb781 . PMID 15170179. S2CID 36997475 .
- ↑ Hitomi K, Oyama T, Han S, Arvai AS, Getzoff E (2005). "Arquitectura tetramérica de la proteína del reloj circadiano KaiB. Una nueva interfaz para las interacciones intermoleculares y su impacto en el ritmo circadiano" . J Biol Chem . 280 (19): 19127–35 . doi : 10.1074/jbc.M411284200 . PMID 15716274 .
- ↑ Pattanayek R, Wang J, Mori T, Xu Y, Johnson CH, Egli M (2004). "Visualizando una proteína del reloj circadiano: estructura cristalina de KaiC y perspectivas funcionales" . Mol Cell . 15 (3): 375–88 . doi : 10.1016/j.molcel.2004.07.013 . PMID 15304218 .
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- Proteínas de cianobacterias