Genómica estructural de Bizionia argentinensis : búsqueda y caracterización de proteínas activas a bajas temperaturas

• Autores: Pellizza Pena, Leonardo Agustín
• Año de publicación: 2017
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Arán, Martín; Smal, Clara
• Materia: GENOMICA ESTRUCTURAL; BACTERIA ANTARTICA; BIZIONIA ARGENTINENSIS; TPM DOMAIN; ACTIVIDAD FOSFATASA; MER R; RESONANCIA MAGNETICA NUCLEAR; STRUCTURAL GENOMICS; ANTARCTIC BACTERIA; BIZIANIA ARGENTINENSIS; TPM DOMAIN; PHOSPHATASE ACTIVITY; MER R; NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

La capacidad de los organismos psicrófilos para sobrevivir y proliferar a bajas temperaturas implica la superación de grandes obstáculos inherentes a los ambientes permanentemente fríos. Desafíos impuestos por las bajas temperaturas tales como la reducción de la actividad enzimática, alteración de la fluidez de la membrana, bajo transporte de nutrientes y productos de desecho, disminución de las tasas de transcripción, traducción y división celular, muestran que uno de los determinantes claves de la adaptación de la vida al frío yace indudablemente en la función de las proteínas que conducen el metabolismo y el ciclo celular de los organismos. En este escenario, la bacteria marina Bizionia argentinensis, aislada en el Territorio Antártico Nacional, constituye un modelo interesante para el estudio de nuevas proteínas que posean actividad biológica en condiciones de bajas temperaturas. La caracterización bioquímica y estructural de estas biomoléculas es un punto de partida para la comprensión general de los mecanismos que permiten a las bacterias marinas adaptarse a estas condiciones de vida extremas. En esta tesis se presenta un estudio de genómica estructural de proteínas de función desconocida de la bacteria B. argentinensis. En este contexto, se describe la caracterización bioquímica y estructural de dos blancos seleccionados: las proteínas BA42 y BA40. En particular, la estructura tridimensional de la proteína BA42 fue resuelta mediante RMN y Cristalografía de Rayos X. Estudios bioquímicos y biofísicos determinaron que BA42 es una fosfatasa la cual depende estrictamente de metales para su función y que la flexibilidad de la región comprendida por el sitio de unión a metales está asociada a la actividad de la proteína. Un análisis del contexto genómico de BA42 mostró que la proteína integra un operón constituido por algunas proteínas de función desconocida y otras asociadas a diversos roles celulares. Una de ellas, denominada BA40, pertenece a la superfamilia de factores de transcripción MerR. En este contexto, se comenzó el estudio de esta proteína con el fin de indagar sobre el rol biológico del operón y en particular de BA42. Los resultados confirmaron la actividad de unión al ADN de BA40 y se logró elucidar una secuencia consenso de ADN a la cual BA40 se une de forma específica. Así mismo, se observó que la región C-terminal de la proteína podría participar en la estabilización de la unión con el ADN, revelándose que la probable actividad transcripcional de BA40 podría encontrarse modulada mediante una interacción proteína-proteína, como ya ha sido descripto para proteínas con la misma arquitectura. Por último, el estudio in vivo de BA40 mostró que este factor de trascripción podría estar asociado a la respuesta a condiciones oligotróficas. De esta forma, los resultados y análisis que se detallan en esta tesis contribuyen al entendimiento de la relación entre la estructura y la función de proteínas de organismos psicrotolerantes, aportando valiosa información para la discusión de los mecanismos moleculares y estrategias relevantes de adaptación a bajas temperaturas de la vida en los océanos.
The ability of psychrophilic organisms to survive and proliferate at low temperatures implies the overcoming of major obstacles inherent to permanently cold environments. Challenges imposed by low temperatures such as reduced enzyme activity, decreased membrane fluidity, low transport of nutrients, decreased transcription rates, translation and cell division, show that one of the key determinants to cold adaptation lies undoubtedly in the function of the proteins that drive the metabolism and the cell cycle of organisms. In this scenario, the marine bacterium Bizionia argentinensis, isolated in the National Antarctic Territory, constitutes an interesting model for the study of new proteins that possess biological activity in conditions of low temperature. The biochemical and structural characterization of these biomolecules is a starting point for a general understanding of the mechanisms that allow marine bacteria to adapt to these extreme life conditions. This thesis presents a structural genomics study of proteins of unknown function from the bacterium B. argentinensis. Here, the biochemical and structural characterization of two selected candidates is described: the proteins BA42 and BA40. In particular, the three-dimensional structure of the BA42 protein was resolved by NMR and X-ray crystallography. Biochemical and biophysical studies determined that BA42 has metal-dependent phosphatase activity and that the flexibility of the region comprised by the metal binding site is associated with the protein activity. An analysis of the genomic context of BA42 showed that the gene integrates an operon that contains genes of unknown function and others associated with diverse cellular roles. One of them, called BA40, belongs to the superfamily MerR of transcription factors. In this sense, we started the study of BA40 in order to investigate the biological role of the operon and to better assess the function of BA42. The results were in line with the predicted DNA binding activity of BA40 and we found a consensus DNA sequence which binds specifically to BA40. It was also observed that the C-terminal region of BA40 could participate in the stabilization of the DNA-protein complex, revealing that the putative transcriptional activity of BA40 could be modulated by a protein-protein interaction, as it was already described for proteins bearing the same architecture. In summary, the results shown in this thesis contribute to the understanding of the relationship between structure and function of proteins from psychrotolerant organisms, providing valuable information for novel strategies and relevant molecular mechanisms associated to cold adaptation of bacteria to the life in the ocean.
Fil: Pellizza Pena, Leonardo Agustín. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.