Un equipo de investigación dirigido por el profesor de la UAB David Reverter ha descubierto el mecanismo molecular que describe en detalle el proceso que regula la división celular en bacterias, a partir de la unión de la proteína MraZ al conjunto de genes dcw. La investigación ha sido publicada en Nature Communications.
La división celular es un proceso central en todos los organismos vivos y requiere la acción coordinada de muchas proteínas y de otros elementos reguladores. En la mayoría de bacterias este proceso está codificado en un clúster de genes llamado operón dcw, que agrupa todos los genes que producen las proteínas necesarias para llevar a cabo la división celular y la formación de la pared bacteriana.
Estos conjuntos de genes se activan gracias a unas proteínas que actúan como factores de transcripción: se unen al promotor del gen, la secuencia de ADN que indica el punto para iniciar la transcripción, justo antes del primer codón (la unidad básica de información de los genes) que codifica el comienzo de la secuencia de la proteína. Uno de estos factores de transcripción está codificado por el gen MraZ, el primer gen del operón dcw en todas las bacterias. Al activarse, se producen las proteínas necesarias (codificadas dentro de los genes del operón) para que las bacterias se puedan dividir. Es, por tanto, el factor de transcripción que controla la actividad del operón responsable de la división celular en la mayoría de las bacterias.
Un equipo de investigación de la UAB, dirigido por David Reverter, profesor del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular e investigador del Instituto de Biotecnología y Biomedicina de la UAB (IBB-UAB), ha descubierto el mecanismo que describe en detalle el proceso que regula la división celular. Mediante técnicas de biología estructural, como la cristalografía de rayos X y la criomicroscopía electrónica, el equipo de la UAB ha averiguado el mecanismo molecular que describe cómo el factor de transcripción MraZ se une al promotor del operón dcw de la bacteria Mycoplasma genitalium, una especie muy utilizada en investigación porque tiene un genoma muy reducido.
El promotor del operón dcw está formado por cuatro cajas de seis nucleótidos, con secuencias repetidas, que regulan la transcripción del operón. Mediante la observación con criomicroscopía electrónica los investigadores han podido ver directamente, casi a escala atómica, los contactos específicos entre el factor MraZ y las bases de las cuatro cajas repetidas del operón dcw. De esta forma, han descubierto que, para que se pueda producir la unión de MraZ al operón, es necesaria la distorsión de la estructura de MraZ.
«Se trata de una observación sorprendente. La proteína MraZ es un octámero formado por ocho subunidades idénticas unidas en forma de dónut, pero con una curvatura que no permitiría nunca la unión con las cuatro cajas del promotor. En cambio, para regular la división celular vemos como el donut se rompe y se deforma de tal forma que cuatro de las subunidades se pueden unir a las cuatro cajas del promotor», explica David Reverter.
Esta observación directa de las interacciones entre MraZ y el DNA del promotor que regula la división celular representa un avance muy importante, ya que las aproximaciones anteriores para entender el mecanismo se habían basado solo en estudios bioquímicos y en modelización por ordenador.
Además, el mecanismo de regulación descubierto por los investigadores de la UAB «es universal en la mayoría de bacterias, ya que todas las proteínas MraZ se parecen mucho, tienen la misma estructura en octámero, y también son similares las secuencias de DNA de los promotores de los operones que regulan la división celular», concluye Reverter.
El trabajo, publicado en la revista Nature Communications, ha sido liderado por el grupo de investigación de David Reverter, del Instituto de Biotecnología y Biomedicina y del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la UAB, en colaboración con el sincrotrón ALBA y con el servicio de criomicroscopía electrónica del Instituto de Genética y de Biología Molecular y Celular de Estrasburgo (Francia).