تنظيم متبادل وتداخل الأنظمة التنظيمية ثنائية المكونات المحفوظة والإضافية تنسق مقاومة النحاس في الزائفة الزنجارية

تستخدم البكتيريا استراتيجيات متنوعة وآلات جزيئية للحفاظ على توازن النحاس وللتعامل مع تأثيراته السامة. يتم اكتساب بعض العناصر الجينية التي توفر مقاومة للنحاس من خلال النقل الجيني الأفقي؛ ومع ذلك، فإن القليل يُعرف عن كيفية التحكم فيها ودمجها في الشبكة التنظيمية المركزية. هنا، درسنا نظامين استجابيين للنحاس في عزل سريري من الزائفة الزنجارية وفكّكنا آليات التنظيم والتنظيم المتبادل. لتحقيق ذلك، قمنا بدمج جينات الطفرة، وتحليلات الاندماج النسخي، وأنماط الحساسية للنحاس. أظهرت نتائجنا أن النظام الثنائي المكونات الإضافي CusRS يستجيب للنحاس وينشط كل من تعبيره الخاص وتعبير مجموعة الجينات التسعة المجاورة (مجموعة pcoA2) لتوفير مقاومة لمستويات مرتفعة من النحاس خارج الخلوي. كما وُجد أن نفس الموضع يُنظم أيضًا بواسطة نظامين ثنائيي المكونات مشفرين في الجينوم الأساسي - CopRS المستجيب للنحاس وCzcRS المستجيب للزنك. على الرغم من أن تسلسل الهدف المتماثل - ATTCATnnATGTAAT - هو نفسه بالنسبة للمنظمين الثلاثة، فإن النتائج النسخية تختلف. وبالتالي، اعتمادًا على زوج المجموعة/المنظم، يمكن أن يؤدي الارتباط إلى مستويات تنشيط مختلفة (من لا شيء إلى مرتفع)، مع إظهار الأنظمة لمرونة كبيرة. بشكل غير متوقع، على الرغم من أن الأنظمة الكلاسيكية CusRS وCopRS غير التقليدية تعتمد على آليات إشارات متميزة (مبنية على الكيناز مقابل مبنية على الفوسفاتاز)، اكتشفنا تداخلًا في غياب كينازات الاستشعار المعنية. حدث هذا التداخل بين بروتينات هذين النظامين المستقلين. يعتبر موقع cusRS-pcoA2 جزءًا من عنصر تكاملي وتزاوج وُجد في سلالات أخرى من الزائفة الزنجارية حيث يمكن أن توفر تعبيره مقاومة للنحاس تحت ظروف مناسبة. توضح النتائج المقدمة هنا كيفية تحول العناصر الجينية المكتسبة إلى جزء من الشبكات التنظيمية الذاتية، مما يوفر ميزة فيزيولوجية. كما تبرز الإمكانية لتأثيرات أوسع للبروتينات التنظيمية الإضافية من خلال التدخل مع البروتينات التنظيمية الأساسية.