cicCartuja Centro de Investigaciones Científicas de la cartuja
Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA 2021, Vol. 118, e2017898118
IBVF 
Los metales son elementos esenciales para la vida, formando parte de muchas proteínas. En los organismos fotosintéticos la maquinaria fotosintética es especialmente rica en Fe. Un cambio crucial en la historia de la Tierra fue la aparición, hace unos 2800 millones de años, de los primeros organismos capaces de realizar la fotosíntesis oxigénica, las cianobacterias. Esto permitió́ la acumulación de oxígeno en la atmosfera primitiva haciéndola más oxidante y provocó la desaparición de muchos organismos, por la toxicidad del oxígeno. Además, supuso un cambio radical en la disponibilidad de los metales se alteró, en especial el hierro (Fe), que paso de su forma reducida Fe2+ muy soluble a su forma oxidada Fe3+ muy insoluble. Este cambio provoco la aparición de proteínas alternativas a las proteínas que contienen Fe que hasta entonces habían sido mayoritarias. Una de esas proteínas alternativas es la plastocianina, que contiene cobre, y que reemplaza al citocromo c6 una proteína que contiene Fe. Estas proteínas transportan los electrones entre el complejo del citocromo b6f y el fotosistema I por lo que son indispensables para la fotosíntesis oxigénica.
En este articulo hemos identificado el sistema de regulación que controla la expresión de la plastocianina y el citocromo. El citocromo c6 la proteína ancestral y la plastocianina una proteína que apareció tras el incremento del oxígeno en la atmosfera provocado por la fotosíntesis oxigénica. En cianobacterias en presencia de cobre se expresa la plastocianina y mientras que el citocromo c6 se expresa en condiciones limitantes de cobre. Esta regulación se conoce desde hace más de 40 años y fue una de las primeras respuestas estudiadas en cianobacterias (y que esta conservada en algas verdes). De hecho, los promotores de estos dos genes han sido ampliamente utilizados para regular la expresión de genes en cianobacterias, aunque se desconocía el sistema de control. El sistema identificado en este trabajo está formado por dos proteínas: un factor de transcripción (PetR) y una proteasa (PetP), que regula los niveles del factor de transcripción en respuesta a la presencia de cobre. Así en condiciones limitantes de cobre PetP está inactiva y PetR se acumula en la célula, activando la expresión del gen petJ, que codifica el citocromo c6, y reprimiendo la del gen petE, que codifica la plastocianina. En presencia de cobre se activa PetP degradando a PetR y haciendo que cese la expresión de petJ y se active la de petE. Este es un nuevo mecanismo de detección de metales y ejemplo más de un doble papel activador-represor de un factor de transcripción bacteriano. Es también un ejemplo de regulación mediante proteólisis de factores de transcripción, un mecanismo conservado desde bacterias a humanos.
Este trabajo ayuda a entender cómo se regulan estas dos proteínas esenciales y cómo las cianobacterias equilibran la fotosíntesis en respuesta a cambios en la disponibilidad de metales. Estos resultados podrían tener aplicaciones en biotecnología y medio ambiente, a través de la mejora de la producción fotosintética global, el secuestro de dióxido de carbono o la biorremediación de aguas contaminadas con cobre.
El grupo de investigación
Artículo original: A protease-mediated mechanism regulates the cytochrome c6/plastocyanin switch in Synechocystis sp. PCC 6803. Raquel García-Cañas, Joaquín Giner-Lamia, Francisco J. Florencio, and Luis López-Maury. PNAS February 2, 2021 118 (5) e2017898118; https://doi.org/10.1073/pnas.2017898118.
Comentario: Cyanobacteria provide a new paradigm in the regulation of cofactor dependence. Crysten E. Blaby-Haas. PNAS February 16, 2021 118 (7) e2100281118; https://doi.org/10.1073/pnas.2100281118
