RNAs reguladores de cianobacterias

Las cianobacterias son un grupo de organismos fotosintéticos con un metabolismo muy versátil, unos requerimientos nutricionales mínimos y una enorme capacidad de adaptación a entornos cambiantes. Así por ejemplo, su “nutriente” fundamental, la luz del sol, no sólo está sometido a ciclos diarios de luz y oscuridad sino también a cambios de intensidad en función de la hora del día o la época del año. Las cianobacterias más complejas como Nostoc sp., nuestro organismo modelo, son capaces de llevar a cabo diversos procesos de diferenciación celular, incluyendo la diferenciación de heterocistos (células especializadas en la fijación de nitrógeno atmosférico en situaciones de carencia de nitrogeno combinado).

Los RNAs no codificantes (pequeños RNAs y RNAs antisentido) se reconocen actualmente como reguladores post-transcripcionales de prácticamente todos los aspectos de la fisiología bacteriana, siendo elementos esenciales de los circuitos operados por la mayoría de los factores de transcripción. Nuestro trabajo se centra en el análisis de los mecanismos que regulan la adaptación de las cianobacterias a diferentes situaciones de estrés, desde la perspectiva de la participación de moléculas de RNA no codificantes. Para ello aplicamos acercamientos globales, incluyendo RNA-Seq (Mitschke et al, 2011), diseño de algoritmos para la predicción de sRNAs en genomas cianobacterianos (Brenes-Álvarez et al., 2016) o construcción de redes de co-expresión (Brenes-Álvarez et al., 2019). Estos acercamientos nos están permitiendo identificar y analizar el papel de pequeños RNAs que forman parte del regulón NtcA, el regulador global de la asimilación de nitrógeno en cianobacterias (por ejemplo NsiR4, Klähn et al., 2015, o NsrR1, Álvarez-Escribano et al., 2018), o del regulón HetR, un regulador específico de la diferenciación de heterocistos (por ejemplo NsiR1, Brenes-Álvarez et al., 2020).
 

 

La diferenciación de heterocistos (células marcadas con triángulos) implica patrones transcripcionales exclusivos de estas células especializadas en la fijación de nitrogeno atmosférico. La imagen de microscopía confocal muestra la expresion de la proteina verde fluorescente desde el promotor de NsiR2, un pequeño RNA no codificante cuya expresion se inicia en estadios muy tempranos de la diferenciación (célula marcada con asterisco).

 

Nuestro trabajo reciente describe varios ejemplos de regulación post-transcripcional específicamente en heterocistos. Así por ejemplo, la transcripción de un antisentido del gen glpX exclusivamente en heterocistos (Olmedo-Verd et al., 2019) o la transcripción diferencial de dos pequeños RNAs, NsiR3 (Álvarez-Escribano et al., 2021) y NsiR4 (Brenes-Álvarez et al., 2021), contribuyen a la reprogramación metabólica que conduce a la reducción de la actividad fotosintética en heterocistos respecto a las células vegetativas adyacentes.
Parte de nuestros estudios se llevan a cabo en colaboración con el grupo de Wolfgang R. Hess (Genetics and Experimental Bioinformatics, University of Freiburg, Alemania).

Ministerio de Ciencia e Innovación (PID2019-105526GB-I00)
Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (BFU2016-74943-C2-1-P)
Ministerio de Economía y Competitividad (BFU2013-48282-C2-1-P)
Ministerio de Ciencia e Innovación (BFU2010-14821)

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    academic.oup.com/pcp/pages/research_highlights_2019_08
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