Новые данные о том, как белки цианобактерий регулируют углеродный цикл в меняющихся условиях

Исследование, опубликованное в Nature Communications, раскрывает структуру и функцию ранее неизученного белка, играющего ключевую роль в фотосинтезе цианобактерий Synechocystis.

Уникальная структура и функция

  • Белок-регулятор: Исследованный белок связывает процессы фотосинтеза, дыхания и гомеостаза железа (high-iron homeostasis), позволяя цианобактериям быстро адаптироваться к изменениям среды.
  • Новая металлосвязывающая структура: Кристаллография выявила уникальный цинк-зеркальный гемовый сайт (zinc-mirror heme site). В отличие от известных белков, где гем с железом "зажат" между двумя остатками гистидина, здесь обнаружен дополнительный внешний слой из двух ионов цинка.

От "неизвестной функции" к "домену, связанному с железом"

Исследование началось с изучения семейства белков, содержащих домен неизвестной функции DUF2470, который распространён у растений и водорослей.

  1. Биоинформатический поиск показал, что этот домен часто ассоциирован с железосодержащей молекулой гемом, критически важной для светозависимых реакций фотосинтеза.
  2. На основе этой связи домен был переименован в DRI (Domain Related to Iron).

Экспериментальное подтверждение

Для изучения DRI использовали модель Synechocystis и комплекс методов:

  • Синхротронные исследования в NSLS-II (Брукхейвен) и SSRL (Стэнфорд) позволили определить структуру белка и подтвердить наличие уникального цинк-зеркального гемового сайта.
  • Функциональный анализ с использованием инструмента gRNA-SeqRET (разработан в JGI) для создания нокаут-мутантов показал, что отсутствие белка нарушает энергетический метаболизм цианобактерии.
  • Высокопроизводительный скрининг стал возможен благодаря проекту JGI Community Science Program, в рамках которого были синтезированы сотни генов из ресурса GreenCut2 (597 генов, уникальных для фотосинтезирующих организмов).

Значение работы

Исследование переводит белок из категории "неизвестной функции" (Jane Doe) в категорию ключевого регулятора, чувствующего железо и настраивающего энергопроизводство. Поскольку похожие белковые домены есть у растений и водорослей, это открытие проливает свет на фундаментальный механизм фотосинтеза и углеродного цикла в океане, что может иметь значение для оптимизации сельскохозяйственных культур и создания биопродуктов.