Nuove scoperte sulla proteina legante RNA Ssr1238 nei cianobatteri

Le proteine leganti l'RNA (RBP) hanno un ruolo fondamentale nel controllare come i geni vengono espressi in diverse forme di vita. Di recente, sono stati scoperti molti nuovi RBP in organismi che vanno dai lieviti agli esseri umani. Nei batteri, queste proteine svolgono vari compiti importanti, come proteggere specifiche molecole di RNA dalla degradazione o aiutare a gestire come l'RNA viene degradato. Questo include l'avvio del processo di sintesi proteica, l'arresto della lettura dei geni e l'assistenza nell'interazione tra diversi tipi di RNA.

Le Cianobatteri sono unici perché sono l'unico gruppo di batteri che si affida alla fotosintesi ossigenica, rendendoli piuttosto diversi da batteri ben studiati come Bacillus subtilis ed Escherichia coli. Un organismo modello per studiare le cianobatteri è Synechocystis sp. PCC 6803, noto anche come Synechocystis 6803. Questo organismo è stato il primo organismo fotosintetico ad avere il suo intero genoma sequenziato. Ci sono molte informazioni disponibili su come viene regolata l'espressione genica in questo organismo, inclusi dati su promotori attivi e le varie RNA e proteine presenti al suo interno.

In Synechocystis 6803, sono state identificate diverse piccole molecole di RNA e riboswitches che aiutano l'organismo a rispondere ai cambiamenti nella luce, nei livelli di ferro e nel metabolismo dell'azoto. Tuttavia, finora non sono stati trovati RBP che facilitano l'interazione tra piccole molecole di RNA e il loro mRNA bersaglio in Synechocystis 6803 o in altri cianobatteri. Anche se esiste una proteina simile a Hfq trovata in molti cianobatteri, le sue parti note per interagire con l'RNA non sono ben conservate. L'attività di legame dell'RNA di Ssr3341, la proteina simile a Hfq in Synechocystis 6803, non è stata rilevata. Tuttavia, alcune proteine con un motivo di riconoscimento dell'RNA (RRM) che si sono rivelate legare RNA in test di laboratorio sono presenti in tutti i cianobatteri.

Alcune di queste proteine RRM in Synechocystis, in particolare Rbp2 e Rbp3, sono coinvolte nel guidare specifici mRNA verso il sistema della membrana tilacoide. Questo fa pensare che ci sia ancora molto da scoprire su come funzionano gli RBP nei cianobatteri.

#La Proteina Ssr1238/Slr0743a

Ssr1238, conosciuta anche come Slr0743a, è una piccola proteina trovata in Synechocystis 6803 che appartiene alla famiglia YlxR/Duf448. Questa proteina ha 84 aminoacidi ed è basica, il che significa che ha un alto punto isolettrico. In ricerche precedenti, si è previsto che Ssr1238 potesse essere una potenziale proteina legante RNA in base a vari risultati. Mostra una relazione distante con le proteine YlxR trovate in altri batteri.

#Conservazione dei Residui di Legame dell'RNA

Un confronto tra diverse proteine YlxR ha mostrato che Ssr1238 ha alcuni residui conservati che potrebbero essere importanti per legare l'RNA. Un'analisi specifica delle proteine YlxR ha mostrato che alcuni residui chiave ritenuti coinvolti nel legame dell'RNA in Bacillus subtilis non si trovano in Ssr1238. Inoltre, Ssr1238 ha coppie uniche di residui di cisteina che sono assenti nelle proteine YlxR di altri generi. Questo solleva domande sul reale funzionamento di Ssr1238 nei cianobatteri.

Per scoprire di più sui ruoli delle proteine YlxR nei cianobatteri, i ricercatori hanno cercato molecole di RNA e proteine che interagiscono con Ssr1238 in Synechocystis 6803. I loro risultati hanno mostrato che Ssr1238 interagisce sia con le parti di RNA che con le proteine di RNase P, oltre che con almeno un altro RNA non correlato. Hanno scoperto che la sovrapproduzione di Ssr1238 aumenta i livelli di tutti i 44 TRNA presenti in Synechocystis 6803 e incoraggia l'espressione di alcuni mRNA legati allo stress.

#Interazioni delle Proteine Leganti l'RNA

Il gene ssr1238 si trova vicino ad altri geni importanti legati all'elaborazione dell'RNA. La disposizione di questi geni suggerisce una connessione con i processi di trascrizione e traduzione. La presenza di Ssr1238 in diversi genomi di cianobatteri indica che è una caratteristica comune ed essenziale tra questi organismi.

Le proteine YlxR/Ssr1238 nei cianobatteri contengono coppie di residui di cisteina conservati, che si pensa abbiano un ruolo nel legare un cluster ferro-zolfo. Questa è una distinzione importante rispetto alle proteine YlxR trovate in Bacillus, dove queste coppie di cisteina non sono presenti.

#Incrocio UV e Sequenziamento

Per determinare a quale RNA si lega Ssr1238, i ricercatori hanno costruito un plasmide speciale con una versione etichettata di ssr1238 e l'hanno introdotto in Synechocystis 6803. Dopo aver coltivato le cellule, hanno applicato luce UV per formare legami incrociati tra Ssr1238 e qualsiasi RNA con cui interagisse. Dopo aver estratto l'RNA, lo hanno sequenziato per identificare i trascritti legati.

L'analisi ha rivelato che l'RNA di RNase P era significativamente arricchito, indicando una forte relazione. I modelli di copertura indicavano che Ssr1238 si lega a regioni specifiche dell'RNA di RNase P. Al contrario, l'mRNA di ssr1238 non ha mostrato un legame significativo con Ssr1238, il che significa che l'interazione non era reciproca.

Oltre all'RNA di RNase P, è stato anche rilevato un segmento di RNA altamente arricchito derivato dal gene ssl3177. Questa regione conteneva una forte potenziale struttura secondaria che ne evidenziava ulteriormente l'importanza. Il segmento sembrava aiutare a stabilizzare l'RNA e prevenire la terminazione prematura della traduzione.

#Effetti dell'Ovrapproduzione

I ricercatori volevano anche vedere cosa succede quando Ssr1238 viene sovraprodotto in Synechocystis. Dopo aver indotto l'overespressione per 24 ore, hanno osservato cambiamenti nei livelli di trascrizione di molti geni. Alcuni geni hanno mostrato un'espressione aumentata, mentre altri sono diminuiti. In particolare, tutte le 44 specie di tRNA presenti in Synechocystis hanno mostrato livelli elevati, indicando che Ssr1238 potrebbe avere un ruolo nel stabilizzare e promuovere questi tRNA.

Lo studio ha rivelato che l'overespressione di Ssr1238 ha indotto l'upregulation di geni legati allo stress e ha mostrato che la composizione complessiva del trascrittoma è cambiata. Questo evidenzia come Ssr1238 potrebbe contribuire a come l'organismo reagisce a diverse condizioni di stress.

#Interazioni Proteiche con Ssr1238

Un'analisi più approfondita attraverso esperimenti di co-immunoprecipitazione ha indicato che Ssr1238 interagisce con molte proteine, incluse quelle coinvolte nel metabolismo dell'RNA e nell'elaborazione dell'azoto. Questo includeva proteine come la subunità proteica di ribonucleasi P e vari enzimi importanti per la modifica dell'RNA.

È interessante notare che alcune proteine legate al metabolismo dell'azoto, come la sintasi di cianoficina, sono state trovate insieme a Ssr1238. Questi risultati suggeriscono che Ssr1238 potrebbe svolgere un ruolo in una rete di proteine che insieme gestiscono la produzione e l'elaborazione sia dell'RNA che dei composti azotati, indicandone un ruolo più ampio nella funzione cellulare.

#Conclusione

Gli studi su Ssr1238 e le sue interazioni con RNA e proteine offrono preziose informazioni su come i cianobatteri gestiscono la loro espressione genica e le funzioni cellulari. Le evidenze supportano l'idea che Ssr1238 funzioni come una proteina legante l'RNA, possibilmente modulando l'attività di RNase P e influenzando i livelli di tRNA. Con ulteriori ricerche, la comprensione di Ssr1238 e delle sue interazioni potrebbe rivelare approfondimenti più profondi sui sistemi intricati che aiutano questi batteri a sopravvivere e prosperare nei loro ambienti.