Alternative oxidases of Chlamydomonas reinhardtii: regulation under stress conditions

Abstract

В ходе изучения регуляции альтернативных оксидаз Chlamydomonas reinhardtii в стрессовых условиях был получен фактический материал, впервые показывающий индукцию альтернативной оксидазы 1 (AOX1) и возрастание доли альтернативного дыхания при действия на микроорганизм катионов кадмия. В работе установлена индукция гена AOX1 при адаптации клеток к росту в темноте, и доказано, что сигналы, опосредуемые темнотой, функционируют в аддитивной манере с сигналами, индуцируемыми действием кадмия. Впервые показана индукция гена, кодирующего альтернативную оксидазу из второго подсемейства - AOX2 в условиях гипоксии и дефицита меди в среде. Методом экспрессии искусственных микроРНК получен штамм со сниженным уровнем транскрипционного регулятора CRR1. Установлено, что регуляция транскрипции АОХ2 находится под контролем регулятора CRR1. Полученные данные позволяют пересмотреть существующую ранее парадигму о белках подсемейства AOX2, как конститутивно синтезируемых и не вовлеченных в ответы на действие стрессоров. На основе полученных экспериментальных данных предложена схема регуляции синтеза альтернативных оксидаз C. reinhardtii в стрессовых условиях.

During the study of the regulation of the alternative oxidases of Chlamydomonas reinhardtii under stressful conditions, an actual material was obtained showing for the first time the induction of the alternative oxidase 1 (AOX1) and a large increase in alternative respiration in response to cadmium treatment on the microorganism. The induction of the AOX1 gene is established during cells’ adaptation to growth in the dark. The results clearly indicate that the dark-mediated signals function in an additive manner with Cd-mediated signals, and thus likely act in parallel pathways to regulate the expression of AOX1. For the first time is has been shown the induction of a gene, encoding an alternative oxidase from the second subfamily, AOX2, under absence of oxygen and copper in the medium. A strain with a reduced level of the transcriptional regulator CRR1 was obtained by the expression of artificial microRNAs. It is established that the regulation of AOX2 transcription is controlled by the CRR1 regulator. The data obtained allow us to reconsider the existing paradigm of proteins from the AOX2 subfamily, as constitutively synthesized and not involved in responses to stressors. On the basis of the results of this research, it has been proposed the scheme of the regulation of the synthesis of the alternative oxidases of C. reinhardtii under stressful conditions.