Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10201/47424

Title: Función de la proteína CdnL en las bacterias Myxococcus xanthus y Caulobacter crescentus
Issue Date: 14-Jan-2016
Date of creation: 21-Dec-2015
Related subjects: 577 - Bioquímica. Biología molecular. Biofísica
579 - Microbiología
Keywords: Proteínas
Bacterias
Abstract: La proteína CarD es un regulador transcripcional de acción global en la bacteria Myxococcus xanthus, que se requiere para la actividad de varios factores σ-ECF (extracytoplasmatic function). CarD presenta una arquitectura de dominios única, con un dominio C-terminal de unión al DNA similar a las proteínas eucarióticas HMGA (high-mobility group A), y un dominio N-terminal, típicamente bacteriano, que define a la familia de proteínas PF02559. Dicha familia incluye el dominio de interacción con la polimerasa de RNA de los factores TRCF (que acoplan la reparación del DNA con la transcripción), y un grupo de proteínas ampliamente distribuidas y poco estudiadas, cuyo miembro en M. xanthus hemos denominado CdnL (CarD N-terminus Like), para distinguirlo de CarD, ya que ambas proteínas coexisten en esta bacteria. En este trabajo se ha determinado la estructura de CdnL, una proteina esencial para la viabilidad en M. xanthus, así como del dominio N-terminal de la proteína homóloga de Thermus thermophilus y se ha realizado un análisis mutacional exhaustivo para establecer la relación estructura-función. Los resultados indican que CdnL utiliza su dominio N-terminal, que adopta una estructura similar a los dominios Tudor, para interaccionar con la subunidad β de la polimerasa de RNA (βRNAP), y que la superficie de contacto CdnL-βRNAP está conservada en relación con otros miembros de la familia. Asimismo, se ha demostrado que la interacción CdnL-βRNAP es fundamental para la función de CdnL. El dominio C-terminal de CdnL, también necesario para su función, adopta una estructura compacta con cinco hélices α en disposición antiparalela, en la que destaca una superficie de residuos no polares y básicos expuestos al solvente. Varios de dichos residuos básicos juegan un papel clave, pendiente de determinar, en la función de CdnL. Además, CdnL, pero no los mutantes de pérdida de función in vivo, estabiliza in vitro la formación del complejo abierto formado por la RNAP unida al factor σ principal, σA, en un promotor de rRNA. Consistente con estos datos, CdnL se localiza in vivo en los promotores de rRNA. Que CdnL se requiera para la actividad del holoenzima RNAP-σA y CarD para la de factores σ-ECF en M. xanthus ilustra cómo dos miembros de una misma familia han evolucionado para actuar sobre promotores dependientes de distintos factores σ. Como la proteína CdnL de M. xanthus, su homólogo en Mycobacterium tuberculosis, pero no en Bacillus subtilis, es esencial para la viabilidad celular, interacciona con la βRNAP, y se requiere para la activación de la transcripción del rRNA. Para evaluar el grado de conservación evolutiva de la función de CdnL, en este trabajo se ha estudiado también la proteína homóloga (CcCdnL) de Caulobacter crescentus, una alfaproteobacteria modelo de estudio para diversos procesos celulares. Los resultados obtenidos indican que CcCdnL es esencial, interacciona con la βRNAP, y se localiza en los promotores de rRNA activando su transcripción in vivo. Estos resultados sugieren que la función esencial de CdnL y su modo de acción, más allá de alguna posible excepción, están conservados en distintos grupos taxonómicos bacterianos. CcCdnL, cuya expresión es constitutiva, es sustrato de la proteasa ClpXP. Sin embargo, el aumento en los niveles intracelulares de CcCdnL por falta de la degradación mediada por ClpXP no provoca efectos adversos sobre el crecimiento. Una peculiaridad de las mutaciones de falta de función en CcCdnL, en relación con las mutaciones equivalentes en sus homólogos de M. xanthus y M. tuberculosis, es su criosensibilidad, que podría resultar de diferencias intrínsecas entre los distintos homólogos, o de diferencias en la estabilidad intrínseca de los complejos abiertos de transcripción formados por la distintas RNAP. The CarD protein is a global transcriptional regulator in the bacterium Myxococcus xanthus that is required for the activity of various ECF (extracytoplasmatic function) σ factors. CarD has a unique domain architecture with a C-terminal DNA binding domain similar to eukaryotic HMGA (high- mobility group A) proteins and an N-terminal, typically bacterial, domain that defines the protein family PF02559. This family includes the RNA polymerase interaction domain of TRCF factors (that couple DNA repair with transcription) and a group of widely distributed but poorly studied proteins, whose member in M. xanthus we named CdnL (CarD N-terminus Like) to distinguish it from CarD, since both proteins co-exist in this bacterium. In this work, the structure of CdnL, a protein essential for M. xanthus viability, as well as that of the N-terminal domain of the homologous protein in Thermus thermophilus have been determined, and an extensive mutational analysis has been carried out to establish structure-function relationships. The results indicate that CdnL utilizes its N-terminal domain, which adopts a structure similar to Tudor domains, to interact with the β subunit of RNA polymerase (βRNAP), and that the CdnL-βRNAP contact surface is conserved relative to other members of this family. Furthermore, the CdnL-βRNAP interaction is shown to be critical for CdnL function. The CdnL C-terminal domain, also required for its function, adopts a compact structure composed of five antiparallel  helices, whose striking feature is the presence of a solvent-exposed nonpolar-basic patch. Several of these basic residues play a key role, which remains to be determined, in CdnL function. Moreover, CdnL, but not its loss-of-function mutants, stabilizes in vitro the formation of open complexes at rRNA promoters by RNAP holoenzyme containing σA, the principal σ factor in M. xanthus. Consistent with these data, CdnL localizes to rRNA promoters in vivo. That CdnL is required for activity of the RNAP-σA holoenzyme and CarD for that of ECF-σ factors in M. xanthus illustrates how two members of the same family have evolved to act on promoters dependent on distint σ factors. Like M. xanthus CdnL, its homologue in Mycobacterium tuberculosis, but not in Bacillus subtilis, is essential for cellular viability, interacts with βRNAP, and is required for the activation of rRNA transcription. To assess the degree of evolutionary conservation of CdnL function, we also studied the homologue (CcCdnL) in Caulobacter crescentus, a model alphaproteobacterium for the study of diverse cellular processes. The results show that CcCdnL is essential, interacts with βRNAP, and localizes to rRNA promoters activatng their transcription in vivo. These results suggest that the essential function of CdnL and its mode of action, other than some possible exception, is conserved across distinct taxonomical bacterial groups. CcCdnL, whose expression is constitutive, is a substrate of the ClpXP protease. Nevertheless, the increase in intracellular levels of CcCdnL due to the loss of its degradation by ClpXP does not provoke adverse effects on growth. An unusual feature of CcCdnL lack-of-function mutations, relative to equivalent mutations of its homologues in M. xanthus and M. tuberculosis, is their cold- sensitivity, which may stem from intrinsic differences among the distinct homologues, or from differences in the intrinsic stabilty of the open, transcripion complexes formed by distinct RNAP.
Primary author: Gallego García, Aranzazu
Director: Elías Arnanz, Montserrat
Padmanabhan Iyer, Subramanian
Faculty / Departments / Services: Facultad de Biología
Published in: Proyecto de investigación:
URI: http://hdl.handle.net/10201/47424
Document type: info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
Rights: info:eu-repo/semantics/openAccess
Appears in Collections:Ciencias

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Tesis Doctoral Aránzazu Gallego García para deposito.pdf6,33 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons