Investigadores del Instituto de Biomedicina y Biotecnología de Cantabria (IBBTEC) han descubierto un nuevo mecanismo de unión de un factor de transcripción a las regiones promotoras de diversos genes implicados en la transferencia de ADN entre bacterias.

La investigación, realizada por el Grupo de Ingeniería de Proteínas, en colaboración con el de Intergenómica, ambos del IBBTEC, se ha publicado en la prestigiosa revista ‘Nucleic Acids Research’*.

Como explicó Gabriel Moncalián, autor de correspondencia del artículo, profesor de Genética de la UC e investigador del IBBTEC, los factores de transcripción son proteínas que, mediante su unión a secuencias concretas en la zona de unión de la ARN polimerasa, regulan la expresión de diversos genes. Esta regulación es esencial en todos los seres vivos para controlar dónde y cuándo se expresa la información contenida en el ADN. Muchos factores de transcripción son proteínas diméricas y por ello se unen a sitios simétricos en el ADN (una misma secuencia repetida de forma invertida) aumentando así la especificidad de reconocimiento.

Las proteínas de unión a ADN se unen a estas secuencias específicas “gracias a unas regiones o motivos de estructura secundaria concretos, siendo el motivo HTH (hélice-giro-hélice) uno de los principales motivos de unión a ADN”, añadió Moncalián.

La proteína ArdK regula la transcripción de una serie de genes implicados en la transferencia de ADN entre bacterias. Concretamente estos genes están implicados en el establecimiento del ADN transferido en la bacteria receptora. Estos genes y su regulación son por tanto importantes para entender y combatir la diseminación de la resistencia a antibióticos entre bacterias.

Se ha observado que en las cinco regiones promotoras de los genes que regula ArdK está presente una misma secuencia de ADN que está repetida de forma directa (TTGACAnnnnTTGACA) y que coincide con la secuencia de unión de uno de los componentes de la ARN polimerasa. En el estudio se comprobó que la proteína ArdK reconoce esta peculiar secuencia de ADN repetida de forma directa. Para conocer cómo era esta proteína capaz de reconocer esta secuencia de ADN se resolvieron diversas estructuras mediante cristalografía de rayos X en los sincrotrones ALBA (Barcelona), SOLEIL (París) y ESRF (Grenoble). Se vio que la proteína ArdK es un dimero que contiene dos motivos HTH dispuestos de forma simétrica.

Sin embargo, los estudios estructurales muestran que esa simetría se rompe al unirse ArdK a repeticiones directas de ADN.

La comparación entre ambas estructuras ha permitido generar un modelo del inédito movimiento de esta proteína para interaccionar con el ADN mediante la rotación de 180° de uno de los dominios HTH.

Este nuevo mecanismo de reconocimiento del ADN permite explicar cómo se regula la expresión de los genes implicados en la transferencia de ADN entre bacterias cuyas regiones promotoras contienen estas secuencias repetidas de forma directa y, al ser un sistema de reconocimiento muy novedoso, facilita el diseño de nuevos sistemas biológicos sintéticos.

*Raul Fernandez-Lopez, Raul Ruiz, Irene del Campo, Lorena Gonzalez-Montes, D Roeland Boer, Fernando de la Cruz, Gabriel Moncalian, Structural basis of direct and inverted DNA sequence repeat recognition by helix–turn–helix transcription factors, Nucleic Acids Research, 2022;, gkac1024, https://doi.org/10.1093/nar/gkac1024.

Sobre el IBBTEC

El IBBTEC, centro mixto de investigación entre el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), la Universidad de Cantabria (UC) y el Gobierno de Cantabria, a través de Sodercan, tiene como misión impulsar la generación de nuevo conocimiento en biomedicina y biotecnología, y generar valor económico y social mediante la transferencia y difusión del conocimiento generado.