Regulation of arginine biosynthesis in unicellular green algae

Abstract

В ходе проведенного исследования впервые для представителей галофильных одноклеточных фотосинтезирующих эукариотических микроорганизмов был охарактеризован белок из консервативного семейства ферментов, вовлеченных в синтез аргинина. Анализ каталитических свойств DsaNAGK показал, что этот фермент ингибируется аргинином по принципу обратной связи, а значит относится к аргинин-чувствительным N-ацетил-L-глутаматкиназам. Сравнение NAGK Dunaliella salina и других одноклеточных зеленых водорослей позволяет говорить об их сходных ферментативных возможностях, а имеющиеся отличия, вероятнее всего, отражают особенности метаболизма разных представителей. Полученные данные подтверждают высказанную ранее в нашей лаборатории идею о том, что на протяжении всей эволюции фототрофов с оксигенным типом фотосинтеза – от цианобактерий до Archaeplastida – N-ацетил-L-глутаматкиназа является наиболее консервативной клеточной мишенью PII-белков. Кроме того, в работе показано, что регуляция DsaNAGK осуществляется на транскрипционном и посттранскрипционном уровнях, и голодание по источнику азота приводит к увеличению активности фермента. Последнее обстоятельство, по нашему мнению, может отражать общую стратегию в адаптации одноклеточных зеленых водорослей, данный феномен выявлен нами также для Chlamydomonas reinhardtii. Дальнейшие исследования с привлечение дополнительных объектов позволят подтвердить или опровергнуть наше предположение.

In this study, a protein from a conservative family of enzymes involved in arginine synthesis was characterized for the first time for representatives of halophilic single-celled photosynthetic eukaryotic microorganisms. Analysis of catalytic properties DsaNAGK showed that this enzyme is under feedback inhibition by arginine, and therefore it belongs to arginine-sensitive N-acetyl-L-glutamate kinases. Comparison of NAGK Dunaliella salina with other single-celled green algae suggest their similar enzymatic capabilities, and the existing differences most likely reflect the metabolic features of different representatives. The obtained data confirm the idea proposed earlier in our laboratory that N-acetyl-L-glutamate kinase is the most conserved cellular target of PII proteins throughout the evolution of phototrophs with an oxygenic type of photosynthesis – from cyanobacteria to Archaeplastida. In addition, this work shows that the regulation of DsaNAGK is carried out at the transcriptional and post-transcriptional levels, and nitrogen starvation leads to increased enzyme activity. In our opinion, this fact may reflect a general strategy in the adaptation of single-celled green algae since this phenomenon has also been identified by us for Chlamydomonas reinhardtii. Further research involving additional objects will allow us to confirm or refute our assumption.