Rhodobacter capsulatus bakterisinde Sitokrom C oksidaz biyogenesiz'inde rol alan genlerin belirlenmesi ve fonksiyonlarının tanımlanması

Abstract

C-tipi sitokromlar, sitokrom bc1 kompleksi veya cbb3-tip sitokrom c oksidaz gibi elektron transfer zincir bileşenlerinin alt birimleri ya da fizyolojik ortağı olan ve hem kofaktörü içeren proteinlerdir. Sitokrom c proteinlerindeki hem molekülü kompleks posttranslasyonal olgunlaşma süreçleri aracılığında apositokromlara kovalent olarak bağlanır. Bu çalışmada, besi yerine bağlı fotosentetik üreme özelliği gösteren ve farklı c-tipi sitokrom proteinlerinden yoksun Rhodobacter capsulatus mutantlarından yararlanılarak sitokrom cbb3 oksidaz ve c-tipi sitokromların biyogenesizinden sorumlu yeni genler araştırıldı. R. capsulatus kromozomal kütüphaneleri kullanılarak yapılan genetik tamamlama testleri sonunda mutant fenotipinden sorumlu ve genomda bitişik yer alan iki gen (RRC00138 ve RRC00139) tanımlandı. R. capsulatus genom analizlerinde RRC00138 gen ürünü başlangıçta 1-açil-sn-gliserol-3-fosfat açiltransferaz enzimi (AGPAT) olarak ve RRC00139 gen ürünü ise hipotetik sitozolik protein olarak tanımlıydı. Ancak yeni yapılan biyoinformatik analizler sonunda, bu iki gen ürünün amino asit dizisinin Sinorhizobium meliloti ’de ornitin lipid (OL) biyosentezinden sorumlu OlsA ve OlsB enzim dizileri ile benzerlik gösterdikleri görüldü. RRC00138 ve RRC00139 mutantlarının membranları tüm gliserofosfolipidleri yaban soy oranında içermesine rağmen, OL ’i içermemeleri, bu iki genin R. capsulatus ’da OL biyosentezi için gerekli olduğunu gösterdi. OL ’lerin bakteriyel membranların bir bileşeni oldukları çok uzun zamandır bilinmektedir. Bakterilere özgü bu amino-lipidler, B-lenfositlerin çoğalımı, adjuvantisiti ve makrofajların aktivasyonunu kapsayan konakçı bağışıklık sistemini uyarırlar. OL ’ler bakterilerde oldukça geniş yayılım göstermelerine ve farklı biyolojik etkilere sahip olmalarına rağmen, bu lipidlerin bakterilerdeki rolü bugüne kadar tam olarak açıklanamamıştır. Bu çalışma ile OL ’lerin farklı bakteriyel üreme koşulları altında, c-tipi sitokromlarını da kapsayan bazı sitoplazmik membran proteinlerin optimal sabit miktarları için önemli oldukları görülmüştür ve OL ’lerin bakterilerdeki yeni ve önemli başka bir biyolojik rolü literatüre kazandırılmıştır.

The c-type cytochromes are haemoproteins that are subunits or physiological partners of electron transport chain components, like the cytochrome bc1 complex or the cbb3-type cytochrome c oxidase. Their haem moieties are covalently attached to the corresponding apocytochromes via a complex posttranslational maturation process. In this work, using the Rhodobacter capsulatus mutants that exhibited medium-dependent photosynthetic growth and lacked various c-type cytochromes, additional genes involved in this process were sought. Genetic complementation of these cytochrome cbb3 oxidase-minus mutants using R. capsulatus chromosomal libraries uncovered two novel genes, RRC00138 and RRC00139, which are adjacent to each other. Although on R. capsulatus genome RRC00138 and RRC00139 were annotated as corresponding to the 1-acyl-sn-glycerol-3-phosphate acyltransferase and a hypothetical cytosolic protein, respectively, more recent searches revealed that they are highly homologous to the ornithine lipid (OL) biosynthesis genes, olsA and olsB, in Sinorhizobium meliloti, respectively. Membranes of the RRC00138 and RRC00139 knock out mutants contained all major phospolipids at wild-type levels but lacked the non phosphorous OL, demonstrating these genes are required for OL biosynthesis in R. capsulatus. The non-phosphorus OLs have long been known as constituents of bacterial membranes. These eubacteria-specific amino-lipids induce potent host immune responses, including B-lymphocyte mitogenicity, adjuvanticity and macrophage activation. Despite the widespread occurrence of OL, and diverse biological effects they elicit, up until now their role in bacteria producing them remained completely unknown. Our findings now indicate that under certain bacterial growth conditions OL are crucial for optimal steady-state amounts of some extracytoplasmic proteins, including several c-type cytochromes, and attribute them a novel and important biological function.