New mechanisms for regulating the response to photooxidative and oxidative stress in the bacterium Myxococcus xanthus and their evolutionary conservation

Resumen

Estudios recientes han demostrado que la proteína transmembranal CarF es necesaria para la respuesta a la luz de la bacteria de suelo Gram negativa Myxococcus xanthus por su función como plasmaniletanolamina desaturasa (PEDS1), enzima que genera el enlace vinil-éter en los plasmalógenos (unos glicerofosfolípidos especiales que señalizan en estrés fotooxidativo en M. xanthus). El primer objetivo ha consistido en demostrar que los homólogos animales de CarF, conocidos como TMEM189, corresponden a la ampliamente buscada PEDS1 de mamíferos, y explorar el papel de estos lípidos en células humanas y dos animales modelo. Las células TMEM189-knockout mostraron una ausencia total de plasmalógenos, acompañada de una acumulación de sus precursores y de las especies minoritarias C14-Cer y C14-CerP con funciones señalizadoras, confirmando así que TMEM189 es la única PEDS en humanos. Además, la proteína de fusión EGFP-TMEM189 se localizó en el retículo endoplasmático (ER) y complementó la falta de TMEM189, mientras que los plasmalógenos posiblemente contribuyeron al transporte de proteínas ancladas a GPI desde el ER al Golgi. En el modelo invertebrado C. elegans, TMEM189 se localizó en la pared intestinal y dos posibles neuronas sensoriales, indicando un papel sensorial para los plasmalógenos, que no parecen tener una función antioxidante en C. elegans. En el modelo vertebrado pez cebra, la deficiencia de plasmalógenos retrasó el desarrollo, aumentó la inflamación basal y desencadenó la apoptosis de células mieloides. El segundo objetivo surgió de observar que FAD4, el homólogo vegetal de CarF, requiere una peroxirredoxina para su actividad. Por tanto, comprobamos si AhpC, la única peroxirredoxina conservada en M. xanthus y humanos, afecta a la actividad de CarF, y si participa en la respuesta al estrés inducido por peróxidos en la bacteria. La deleción de ahpC no afectó a la biosíntesis de plasmalógenos, pero produjo efectos pleiotrópicos, incluyendo defectos en crecimiento y siembra, y una mayor tolerancia a H2O2. Los análisis transcriptómicos revelaron la regulación positiva de la catalasa KatB, alteraciones en la homeostasis de hierro y azufre y en los sistemas de reparación de DNA y proteínas. Solo la complementación con ahpC bajo el control de su propio promotor restauró el fenotipo silvestre, mientras que los defectos de siembra fueron contrarrestados por piruvato sódico, que neutraliza específicamente H2O2. Puesto que M. xanthus carece de OxyR, que normalmente regula la expresión de catalasas y ahpC en bacterias Gram negativas, nos propusimos hallar qué factor induce katB en células deficientes en ahpC. Esto condujo al descubrimiento de PexR (peroxide regulation), que determina una proteína de tipo bEBP (bacterial enhancer-binding protein) que activa la expresión de promotores dependientes de σ54. En condiciones de estrés oxidativo, PexR activó la expresión de katB y ahpC al unirse a repeticiones (pseudo)palindrómicas aguas arriba de sus promotores dependientes de σ54. Sin embargo, PexR reprimió parcialmente la expresión de ahpC dependiente de σ70 bajo condiciones normales de crecimiento. Curiosamente, la eliminación conjunta de ahpC y katB o pexR resultó en letalidad sintética, resaltando el papel crucial de la inducción de katB mediada por PexR para la viabilidad de células deficientes en AhpC. La eliminación del dominio sensor GAF de PexR generó una forma constitutivamente activa (PexR∆GAF), contrarrestada por la expresión del dominio GAF en trans, lo que sugiere un rol inhibitorio para este dominio. Mutaciones en residuos conservados, que potencialmente forman un centro de hierro no hemo, también favorecieron cierta actividad constitutiva. Análisis transcriptómicos y de interacción proteína-DNA con PexR y PexR∆GAF purificadas mostraron que la acción reguladora de PexR se limita a katB y ahpC. En resumen, este trabajo revela un mecanismo novedoso de regulación de la respuesta al estrés por peróxido en bacterias, crucial para la supervivencia de M. xanthus.