シアノバクテリアFOF1 ATPシンターゼレギュレーターATPθの発現は、小さなDNA結合タンパク質と微分mRNA安定性に依存します

FOF1 ATPシンターゼは、普遍的な生物学的エネルギー源であるATPを生成します。シアノバクテリアチラコイド膜のATPシンターゼ複合体は、光合成または呼吸によって生成されたプロトン勾配を使用します。ATPθは、遺伝子ATPTによってコードされるシアノバクテリアのATPシンターゼレギュレーターです。ATPθは、不利な条件下で発生するATP（逆反応）の加水分解を防ぎます。Cyanobacterium Synechocystis sp。PCC 6803、ATPθは暗闇で最大であるが、最適な光栄養成長条件またはグルコースの存在下では非常に低いレベルで発現します。DNA共免疫沈降実験とそれに続く質量分析により、2つの転写調節因子cyabrb1およびcyabrb2のプロモーターへの結合、およびヒストン様タンパク質huがAtptの5'utrに結合しました。プロモーターおよびGFPレポーターアッセイにおけるヌクレオチド置換の分析により、RPAB転写因子に結合したHLR1要素に似た機能的に関連する配列モチーフが特定されました。電気泳動移動度シフトアッセイでは、Cyabrb1、Cyabrb2、およびRPABとプロモーターDNAとの相互作用が確認されました。しかし、全体的に転写調節の影響は比較的低かった。対照的に、ATPT転写産物の安定性は劇的に異なり、半減期は光の中で1.6分、暗闇で33分で、グルコースまたはDCMUを加えた場合に大幅な変化が観察されました。これらの発見は、ATPTの転写制御がヌクレオイド関連DNA結合タンパク質、RPABを介した陽性調節に関与することを示していますが、ATPT発現の条件依存性調節に対する主要な効果は、細胞酸化虫および関連するmRNA安定性を制御することによって媒介されます。エネルギー状態。重要性FOF1 ATPシンターゼは、普遍的な生物学的エネルギー源であるATPを生成します。不利な条件下では、ATPシンターゼは無駄な逆反応で動作し、ATPが使い果たされている間に陽子をポンピングできます。シアノバクテリアは植物のような光合成を行いますが、呼吸器と光合成の複合体はどちらも同じ膜系に位置するため、夜間にATPシンターゼを阻害するために植物葉緑体と同じメカニズムを使用することはできません。ATPθは、ATPシンターゼ逆反応（ATPase活性）を防ぐことができるシアノバクテリアの遺伝子ATPTによってコードされる小さなタンパク質です。ここでは、3つの転写因子がATPT発現の調節に寄与することがわかりました。ただし、mRNA安定性の制御は、ATPT発現を管理する主要な規制プロセスとして特定されました。したがって、細胞の酸化還元とエネルギーバランスのコンテキスト内にATPθベースの調節メカニズムを配置するのは、転写と転写後の調節の相互作用です。

FoF1 ATP synthases produce ATP, the universal biological energy source. ATP synthase complexes on cyanobacterial thylakoid membranes use proton gradients generated either by photosynthesis or respiration. AtpΘ is an ATP synthase regulator in cyanobacteria which is encoded by the gene atpT. AtpΘ prevents the hydrolysis of ATP (reverse reaction) that otherwise would occur under unfavorable conditions. In the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803, AtpΘ is expressed maximum in darkness but at very low levels under optimum phototrophic growth conditions or in the presence of glucose. DNA coimmunoprecipitation experiments followed by mass spectrometry identified the binding of the two transcriptional regulators cyAbrB1 and cyAbrB2 to the promoter and the histone-like protein HU to the 5'UTR of atpT. Analyses of nucleotide substitutions in the promoter and GFP reporter assays identified a functionally relevant sequence motif resembling the HLR1 element bound by the RpaB transcription factor. Electrophoretic mobility shift assays confirmed interaction of cyAbrB1, cyAbrB2, and RpaB with the promoter DNA. However, overall the effect of transcriptional regulation was comparatively low. In contrast, atpT transcript stabilities differed dramatically, half-lives were 1.6 min in the light, 33 min in the dark and substantial changes were observed if glucose or DCMU were added. These findings show that transcriptional control of atpT involves nucleoid-associated DNA-binding proteins, positive regulation through RpaB, while the major effect on the condition-dependent regulation of atpT expression is mediated by controlling mRNA stability, which is related to the cellular redox and energy status. IMPORTANCE FoF1 ATP synthases produce ATP, the universal biological energy source. Under unfavorable conditions, ATP synthases can operate in a futile reverse reaction, pumping protons while ATP is used up. Cyanobacteria perform plant-like photosynthesis, but they cannot use the same mechanism as plant chloroplasts to inhibit ATP synthases during the night because respiratory and photosynthetic complexes are both located in the same membrane system. AtpΘ is a small protein encoded by the gene atpT in cyanobacteria that can prevent the ATP synthase reverse reaction (ATPase activity). Here we found that three transcription factors contribute to the regulation of atpT expression. However, the control of mRNA stability was identified as the major regulatory process governing atpT expression. Thus, it is the interplay between transcriptional and posttranscriptional regulation that position the AtpΘ-based regulatory mechanism within the context of the cellular redox and energy balance.