الدور المزدوج لسيتوكروم متعدد الهيم في إنتاج الميثان: MmcA مهم للحفاظ على الطاقة وعمليات التمثيل الغذائي للكربون في Methanosarcina acetivorans

تحافظ الكائنات الحية الدقيقة المنتجة للميثان التابعة لرتبة Methanosarcinales على الطاقة باستخدام سلسلة نقل الإلكترون (ETC). في السلالة المعالجة وراثياً Methanosarcina acetivorans، يساهم الفيريدوكسين بإلكترونات إلى سلسلة النقل عبر مجمع Rnf (تركيب النيتروجين لرودوبكتير). يحتوي مجمع Rnf في M. acetivorans، على عكس نظيره في البكتريا، على وحدة سيتوكروم متعدد الهيم (MHC) تُسمى MmcA. افترضت الدراسات المبكرة أن MmcA هو مكون حيوي في Rnf، ومع ذلك، تشير الأعمال الأخيرة إلى أن الدور الأساسي لـ MmcA هو تسهيل النقل الخارجي للإلكترونات. لاستكشاف الدور الفسيولوجي لـ MmcA، قمنا بتوصيف طفرات M. acetivorans التي تفتقر إما إلى المجمع Rnf بالكامل (∆mmcA-rnf) أو فقط وحدة MmcA (∆mmcA). تظهر بياناتنا أن MmcA ضروري للنمو أثناء إنتاج الميثان بالتحلل الأسيتاتي، ولكن لا Rnf ولا MmcA مطلوبان للنمو الميثاني على المركبات المثيلة. على المركبات المثيلة، يؤدي غياب MmcA وحده إلى عيب نمو أكثر شدة مقارنة بحذف Rnf، من المحتمل أن يكون ذلك بسبب استراتيجيات مختلفة لأكسدة الفيريدوكسين التي تنشأ في كل سلالة. تشير بيانات النسخ الجيني إلى أن الطفرة ∆mmcA قد تقوم بأكسدة الفيريدوكسين عن طريق تنشيط مسار Wood-Ljundahl السيتوسولي لتخليق أسيتيل-CoA، بينما قد تعيد الطفرة ∆mmcA-rnf استخدام مجمع F420 ديهيدروجيناز (Fpo) لأكسدة الفيريدوكسين المقترن بانتقال البروتونات. بخلاف الحفاظ على الطاقة، يؤدي حذف rnf أو mmcA إلى تغييرات عالمية في التعبير الجيني لجينات متعلقة بإنتاج الميثان، واستيعاب الكربون، والتنظيم. بشكل عام، توفر دراستنا رؤى على مستوى الأنظمة حول الأدوار غير المتداخلة لمجمع Rnf للطاقة الحيوية وMHC المرتبطة به، MmcA.