Relação funcional entre as proteínas PII e as proteínas alvo : fator de terminação de transcrição RHO, diguanilato ciclase, fosfodiesterase e UMP fosfatase

Abstract

Resumo: As proteínas PII são amplamente distribuídas em bactérias, arqueias e plantas. PII atua como transdutora de sinais e realiza a regulação do metabolismo nesses organismos via interação proteína-proteína. Ensaios com PII de Azospirillum brasilense e Escherichia coli indicaram que essas proteínas possuem uma gama de possíveis novos alvos, estendendo sua importância e atuação no metabolismo. Quatro desses possíveis novos alvos são o Fator de terminação de Transcrição Rho, proteína conhecida por estar envolvida em pelo menos metade dos processos de liberação de RNA pós transcrição em bactérias, uma Diguanilato Ciclase (AbDGC) e uma Fosfodiesterase (AbPDE), proteínas envolvidas na síntese e degradação do mensageiro secundário c-di-GMP e UMP Fosfatase (UmpH) envolvida na homeostase de pirimidinas. Visando validar e caracterizar essas interações, ensaios de co-precipitação com as proteínas purificadas de A. brasilense e também de Escherichia coli foram realizados. As proteínas PII interagiram com os quatro alvos in vitro. A interação com Rho de A. brasilense (AbRho) ocorreu de forma estável com ambas as PII dessa bactéria, GlnZ e GlnB, na presença de ATP e ADP, a interação foi inibida na presença de 2-OG, também efetor de PII. Rho de E. coli (EcRho) também interagiu com as duas PII, GlnB e GlnK, no entanto a interação foi mais estável na presença de ADP. 2-OG também foi o fator limitante desse complexo. As proteínas AbDGC e AbPDE de A. brasilense já haviam sido caracterizadas como alvos de GlnZ in vitro, aqui as mostramos como alvos também de GlnB, a interação foi observada na presença de ATP e ADP e inibida por 2-OG. A proteína UmpH de E. coli interagiu somente com GlnK, a interação ocorreu na presença de ATP e ADP, e foi inibida por 2-OG. Considerando que 2-OG é uma molécula que sofre variações dentro da célula se acumulando em baixo nitrogênio e diminuindo em alto nitrogênio, é possível indicar que a interação dessas proteínas com PII deva ocorrer quando 2-OG decresce significativamente como em choque de amônio. Essas novas interações de PII sugerem função de PII na terminação da transcrição, no metabolismo do segundo mensageiro c-di-GMP e na homeostase da via de pirimidinas. Palavras-chave: Complexo proteína-proteína, 2-oxogluturato, Terminação da transcrição, Cdi- GMP, Pirimidinas.

Abstract: Proteins of the PII family are widely distributed and are found in bacteria, archaea and plants. PII acts as a signal transducer and regulate central metabolism in these organisms via proteinprotein interaction. Recent studies with PII from Azospirillum brasilense and Escherichia coli indicated that PII proteins may have additional targets and regulate a plethora of metabolism pathways. Four of these possible new targets are: the Rho Transcription Termination Factor, a protein known to be involved in at least half of the processes of RNA release after transcription in bacteria, a Diguanylate Cyclase (AbDGC) and a Phosphodiesterase (AbPDE), proteins involved in the synthesis and degradation of the secondary messenger c-di-GMP and UMP Phosphatase (UmpH) involved in pyrimidine homeostasis. In order to validate and characterize these novel PII interactions, co-precipitation assays were performed with purified proteins from A. brasilense and E. coli. The PII proteins interacted with the four targets in vitro. The interaction with A. brasilense's Rho (AbRho) occurred in a stable manner with both PII paralogues present in this bacterium, GlnZ and GlnB. The AbRho-PII complex ocurred in the presence of the PII effectors ATP and ADP and was inhibited in the presence of 2-OG. E. coli's Rho (EcRho) also interacted with the two PII, GlnB and GlnK, however the interaction showed a preference for ADP. 2-OG was also the limiting factor of this complex. The AbDGC and AbPDE proteins of A. brasilense had already been characterized as targets of GlnZ in vitro, here we show them as targets of GlnB, the interaction was observed in the presence of ATP and ADP and inhibited by 2-OG. The E. coli UmpH protein interacted only with GlnK, the interaction occurred in the presence of ATP and ADP and was inhibited by 2- OG. Considering that 2-OG is a molecule that suffers variations within the cell, accumulating in the absence of nitrogen and decreasing in high nitrogen, it is possible to indicate that the interaction of these proteins with PII must occur when 2-OG decreases significantly, in ammonium shock, for example. These new PII interactions suggest PII function in the transcription termination, metabolism of the second messenger c-di-GMP and in the pyrimidine homeostasis. Keywords: Protein-protein complex, 2-oxogluturate,