BioScience Blog – Научный Биологический блог

Женавчук О.Ф., Кряжов С.В.

Цинк – необходимый элемент для всех организмов и широко распространен в биосфере. Фотосинтезирующим организмам он необходим для функционирования целого ряда ключевых ферментов, но при достижении концентраций выше критических цинк является токсичным, и поэтому у бактерий его внутриклеточная концентрация поддерживается на определенном уровне с помощью процессов поглощения и выведения.

В геноме цианобактерии Synechocystis6803 идентифицирован оперон znuABC, кодирующий компоненты ABC-транспортной системы цинка. Инактивация генов этого оперона приводит к Zn-зависимому росту мутантов, что указывает на их участие в поглощении ионов цинка. Перед опероном znuABCрасположен ген sill937 (znuR), кодирующий транскрипционный регулятор семейства Fur. В нашей лаборатории был получен мутант AznuR с инсерционной инактивацией этого гена. Анализ экспрессии генов в клетках дикого типа и мутанта AznuR в стандартных условиях роста был проведен в лаборатории Н.Мураты (Япония) с помощью микроэррей-анализа. Установлено, у мутанта AznuR изменена экспрессия ряда генов: увеличена экспрессия генов оперона znuABCи гена SU1550, кодирующего мембранный белок порин. Эти данные свидетельствуют о том, что белок ZnuR репрессирует оперон znuABCи ген sill550. Также в клетках мутанта снижена экспрессия гена sigE, кодирующего сигма-фактор Е.

Нами были исследованы уровни экспрессии оперона znuABCи генов slll550 и sigEс помощью Нозерн-гибридизации в клетках дикого типа и мутанта AznuR в стандартных условиях роста и в условиях голодания по цинку. Полученные данные полностью подтверждают результаты микроэррей-анализа. Показано, что в клетках дикого типа, выращенных как в стандартной среде роста, так и в среде без цинка экспрессия оперона znuABCи гена sill550 с помощью Нозерн-блот анализа не выявляется. Очевидно в клетках дикого типа экспрессия этих генов осуществляется на очень низком уровне и, если оперон и регулируется ионами Zn2+, то незначительно. В клетках мутанта AznuR гены znuABCи sill550
экспрессировались на высоком уровне независимо от наличия цинка в среде роста. Эти данные подтверждают то, что белок ZnuR негативно регулирует оперон znuABC, кодирующий белки системы транспорта цинка в клетки Synechocystis6803, а также ген sll!550, кодирующий белок, формирующий неспецифические транспортные каналы во внешней клеточной мембране. Впервые установлено, что в клетках Synechocystisэкспрессия гена sigEрегулируется ионами цинка. Возможно, фактор SigE необходим для выживания клеток не только в условиях азотного голодания, но и в других стрессовых условиях. Полученные нами результаты указывают на то, что белок ZnuR не является активатором гена sigE, а принимает непрямое участие в его активации.