BioScience Blog – Научный Биологический блог

Двухвалентные металлы являются необходимыми кофакторами для различных клеточных процессов. Цинк является необходимым элементом для всех организмов и широко распространен в биосфере. У фотосинтезирующих организмов цинк необходим для транспорта электронов и фотофосфорилирования, и для функционирования таких ключевых ферментов, как карбонилангидраза и супероксиддисмутаза.

У одноклеточной цианобактерии Synechocystissp. PCC 6803 (далее Synechocystis6803), геном которой полностью секвенирован, детально охарактеризован кластер генов, вовлеченный в гомеостаз металлов. Один из генов этого кластера, ziaA, кодирует цинк-зависимую АТФазу ZiaA, функция которой заключается в выведении цинка из клетки, в то время как транскрипционный репрессор ZiaR, принадлежащий к семейству белков ArsR/SmtA, регулирует экспрессию гена ziaA. Кроме того, в геноме Synechocystis6803 идентифицирован оперон
znuABC, кодирующий транспортную систему (АВС-транспортер), предположительно вовлеченную в поглощение цинка. Непосредственно перед опероном znuABCрасположен транскрибируемый в противоположном направлении ген sll1937 (znuR), кодирующий транскрипционный регулятор семейства Fur. Ранее в нашей лаборатории было установлено, что инактивация гена znuRу Synechocystis6803 приводит к дерепрессии оперона znuABCи гена sll1550, кодирующего белок внешней мембраны порин. Однако этот мутант не отличался по чувствительности к цинку от дикого типа. В данной работе было показано, что у мутанта с делецией оперона znuABCотсутствует рост на среде с низким содержанием цинка. Был сконструирован двойной мутант с инактивацией генов ziaAи znuR. Этот мутант проявлял более высокую чувствительность к цинку по сравнению с одиночным мутантом по гену ziaA. Следовательно, дерепрессия оперона znuABCу мутанта по гену ziaAс нарушенной системой экспорта цинка ведет к увеличению внутриклеточной концентрации цинка, и, как следствие, к повышенной чувствительности к цинку. Эти данные однозначно свидетельствуют о том, что оперон znuABCответственен за поглощение цинка у Synechocystis6803. Мутант по гену sll1550 не отличается по чувствительности к цинку от штамма дикого типа. Это указывает на то, что порин Sll1550 не принимает участия в поглощении ионов металлов клетками Synechocystis6803 и его функция пока не выявлена.

Полученные результаты свидетельствуют о наличии, по крайней мере, двух систем поглощения цинка у Synechocystis6803: высоко – и низкоаффинной. Высокоаффинная система ZnuABC, функционирует при голодании по цинку и ей принадлежит ключевая роль в обеспечении цинком Synechocystis6803. Белок ZnuR является сенсором цинка и в его присутствии связывается с промотором оперона znuABCи репрессирует его экспрессию. Низкоаффинная система транспорта цинка, компоненты которой к настоящему времени остаются неизвестными, активна при достаточной концентрации цинка.