Muchos microorganismos, entre ellos la bacteria objeto de estudio, Myxoccocus xanthus, sintetizan carotenoides para protegerse de los daños fotooxidativos. Nuestro trabajo sobre esta respuesta a luz ha desvelado la existencia de dos vías independientes, no canónicas, para percibir la luz y transducir la señal a través de una compleja cascada reguladora.

En ambas vías participan factores novedosos, que se estudiarán en este proyecto, algunos de los cuales conectan la respuesta a la luz con otras redes reguladoras. Una de las vías depende solo de CarH, el prototipo de una nueva familia de fotorreceptores bacterianos descubierta por nosotros, que usa una forma de la vitamina B12 para percibir directamente la luz y regular la expresión de los genes carotenogénicos.

Nuestro trabajo con un número reducido de homólogos ha desvelado su modo de acción molecular, una nueva faceta biológica para la vitamina B12 y que, detrás de un modo de acción similar, existe una notable plasticidad. Este proyecto pretende profundizar en el modo de acción molecular de los fotorreceptores CarH mediante el estudio detallado de la región conectora entre su dominio de unión al DNA y el de unión a B12, el análisis de versiones modificadas de un motivo conservado implicado en la unión a B12, y el estudio de las versiones de CarH en otras mixobacterias.

Las actividades que se proponen permitirán ahondar en la base molecular de dicha plasticidad, importante desde un punto de vista básico y aplicado. Los resultados derivados del proyecto podrán contribuir a mejorar y expander su aplicabilidad, ya demostrada, como herramienta en optogenética y nanobiotecnología.

La otra vía, más compleja, depende de varios factores reguladores, algunos implicados en la percepción y transducción de la señal luminosa y otros en el control de la cascada reguladora que culmina en la expresión de los genes carotenogénicos. Una de las proteínas clave en la detección de la luz, que se percibe por la producción de una especie muy reactiva del oxígeno (el oxígeno singlete), es la proteína membranal CarF.

CarF, que no se asemeja a ningún fotorreceptor legítimo, es el prototipo de una familia de proteínas típicamente eucarióticas de función desconocida. Nuestro trabajo apunta a un papel crucial de CarF en la síntesis de una clase de lípidos con propiedades especiales y abundantes en animales, y a que dicho papel se conserva en sus homólogos de animales pero no en los de plantas.

Las actividades que se proponen con los homólogos de CarF en plantas, utilizando M. xanthus como modelo experimental, permitirán establecer el porqué de la divergencia funcional, así como evaluar los aspectos evolutivos de esta familia de proteínas. La actividad de CarF en la respuesta a la luz se requiere para la inactivación de CarR, otra proteína membranal.

Las actividades con CarR propuestas es probable que desvelen un mecanismo novedoso para la señalización del estrés fotooxidativo, relacionado con el tipo particular de lípidos generados por la actividad de CarF.

La cascada reguladora que se dispara tras la inactivación de CarR depende, entre otros, de un complejo regulador singular formado por las proteínas CarD y CarG, que también controla un sistema CRISPR-Cas. Acorde con su papel como regulador global, nuestros datos in vivo (ChIP-Seq) identifican multitud de posibles dianas coincidentes para CarD y CarG que, por un lado, refuerzan la noción de que ambas funcionan siempre como un complejo y, por otro, aportan nuevas posibles dianas que serán investigadas en este proyecto.

Más allá del indudable interés de profundizar en el modo de acción de un singular complejo regulador de la transcripción, nuestros estudios sobre las proteínas de la familia CarD pueden tener relevancia en el ámbito médico, pues algunas bacterias patógenas presentan homólogos que son esenciales para la viabilidad celular y la patogénesis.