The twin-arginine translocation pathway in alfa-proteobacteria is functionally preserved irrespective of genomic and regulatory divergence

Abstract

La vía de translocación de gemelos de arginina (Tat) exporta proteínas completamente plegadas fuera del citoplasma de bacterias Gram-negativas y Gram-positivas. Aunque se han realizado muchos progresos para desentrañar el mecanismo molecular y la caracterización bioquímica del sistema Tat, se conoce poco sobre su funcionalidad y papel biológico para conferir habilidades adaptativas, simbiosis o patogénesis en la clase de las α-proteobacterias. Un análisis genómico comparativo en la clase de α-proteobacteria confirmó la presencia de los genes tatA , tatB y tatC en casi todos los genomas, pero se encontraron variaciones significativas en la sintenia génica y los reordenamientos en el orden Rickettsiales con respecto a la organización del operón descrita típicamente. Transcripción de tatgenes fue confirmado por Anaplasma marginale str. St. Maries y Brucella abortus 2308, dos α-proteobacterias con estilos de vida intracelular completo y parcial, respectivamente. Los genes tat de A. marginale están dispersos por todo el genoma, en contraste con la organización más generalizada del operón. Particularmente, tatA mostró un aumento de aproximadamente 20 veces en los niveles de ARNm en relación con tatB y tatC . Mostramos la funcionalidad de Tat en B. abortus 2308 por primera vez, y confirmamos la conservación de la funcionalidad en A. marginale . Presentamos la primera descripción experimental del sistema Tat en las Anaplasmataceasy familias de Brucellaceae . En particular, en A. marginale, la funcionalidad de Tat se conserva a pesar de la división del operón como consecuencia de los reordenamientos del genoma. Se necesitarán más estudios para comprender cómo se logra la estequiometría adecuada del complejo de proteína Tat y su función biológica. Además, los sustratos predichos podrían ser la evidencia del papel del sistema de translocación Tat en el proceso de transición de un estilo de vida libre a uno parasitario en estas α-proteobacterias.

The twin-arginine translocation (Tat) pathway exports fully folded proteins out of the cytoplasm of Gram-negative and Gram-positive bacteria. Although much progress has been made in unraveling the molecular mechanism and biochemical characterization of the Tat system, little is known concerning its functionality and biological role to confer adaptive skills, symbiosis or pathogenesis in the α-proteobacteria class. A comparative genomic analysis in the α-proteobacteria class confirmed the presence of tatA, tatB, and tatC genes in almost all genomes, but significant variations in gene synteny and rearrangements were found in the order Rickettsiales with respect to the typically described operon organization. Transcription of tat genes was confirmed for Anaplasma marginale str. St. Maries and Brucella abortus 2308, two α-proteobacteria with full and partial intracellular lifestyles, respectively. The tat genes of A. marginale are scattered throughout the genome, in contrast to the more generalized operon organization. Particularly, tatA showed an approximately 20-fold increase in mRNA levels relative to tatB and tatC. We showed Tat functionality in B. abortus 2308 for the first time, and confirmed conservation of functionality in A. marginale. We present the first experimental description of the Tat system in the Anaplasmataceae and Brucellaceae families. In particular, in A. marginale Tat functionality is conserved despite operon splitting as a consequence of genome rearrangements. Further studies will be required to understand how the proper stoichiometry of the Tat protein complex and its biological role are achieved. In addition, the predicted substrates might be the evidence of role of the Tat translocation system in the transition process from a free-living to a parasitic lifestyle in these α-proteobacteria.