Учёные обнаружили новый механизм регуляции размера клеток у цианобактерий

Цианобактерии — древнейшие известные оксигенные фотосинтезирующие организмы на Земле, сыгравшие ключевую роль в эволюции среды и жизни. Разные виды цианобактерий сильно различаются по морфологии и размеру клеток, но каждый вид стабильно поддерживает свои наследственные и отличительные характеристики из поколения в поколение. Механизмы, лежащие в основе этого гомеостаза, были неизвестны.

В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, группа под руководством профессора Чжан Чэнцая из Института гидробиологии Китайской академии наук сообщила о новом механизме регуляции размера клеток, что представляет собой важный шаг в понимании контроля морфологии и размера клеток цианобактерий.

Предыдущие работы группы профессора Чжана показали, что вторичный мессенджер c-di-GMP может быть внутриклеточным посредником в контроле размера клеток у нитчатой цианобактерии Anabaena PCC 7120. Однако было неясно, как этот химический сигнал воспринимается клетками. Кроме того, все известные в других организмах рецепторы c-di-GMP не консервативны у цианобактерий, что затрудняло понимание физиологической функции c-di-GMP у них.

В данном исследовании учёные идентифицировали и охарактеризовали первый рецептор c-di-GMP, CdgR, у цианобактерии Anabaena. Кристаллографический анализ и генетические исследования показали, что CdgR связывает c-di-GMP на границе димера, и это связывание необходимо для контроля размера клеток c-di-GMP-зависимым образом. Комбинируя биохимический и генетический анализ, исследователи обнаружили, что CdgR функционирует, взаимодействуя с глобальным фактором транскрипции DevH, и что это взаимодействие ингибируется c-di-GMP.

«Это исследование раскрывает новый механизм регуляции размера клеток. Некоторые мутанты, связанные с генами этого пути, демонстрируют летальный фенотип, что указывает на критическую функцию этого сигнального пути у данной цианобактерии. Изучение контроля размера и морфологии клеток крайне важно для настройки и конструирования цианобактериальных клеток с определёнными свойствами, адаптированными для биотехнологических применений с использованием подходов синтетической биологии», — сказал профессор Чжан.

CdgR высококонсервативен у цианобактерий. Следовательно, данная работа закладывает основу для понимания ролей сигналинга c-di-GMP у этих организмов, включая такие важные физиологические процессы, как фоторегуляция, формирование биоплёнок, подвижность клеток и образование «цветения» воды.

Группа профессора Чжана занимается фундаментальными исследованиями морфогенеза прокариотических клеток и исследованиями в области синтетической биологии, связанными с контролем «цветения» цианобактерий. Предыдущие открытия этой группы о механизме координации клеточного деления и развития были опубликованы в PNAS и PNAS Nexus.