Compartimentalización de la biosíntesis de beta-lactamas y regulación de su secreción en "Acremonium chrysogenum"

Resumen

CefaAcremonium chrysogenum es un filamentoso imperfecto que ha sido utilizado a nivel industrial para la producción de cefalosporina C, a partir de la cuál se han obtenido derivados semisintéticos con mayor bioactividad. La ruta de biosíntesis de cefalosporina C en Acremonium chrysogenum ha sido ampliamente estudiada, habiéndose clonado los genes y purificado las enzimas que participan. Sin embargo, a pesar del gran conocimiento sobre la ruta, poco se sabe acerca de la secreción de los diferentes intermediarios y del producto final cefalosporina C. Aunque se pensaba que la ruta de biosíntesis de cefalosporina C transcurría en el citoplasma celular, evidencias recientes sugieren que, al menos, la etapa de epimerización de isopenicilina N en penicilina N se realiza en el interior de microcuerpos. Por este motivo, se buscaron genes implicados en la secreción y en la regulación de dicha secreción en el cluster temprano de biosíntesis de cefalosporina C. De esta forma, en este trabajo se han caracterizado los genes cefM y cefR. El gen cefM es esencial en la producción de cefalosporina C, puesto que su interrupción bloquea prácticamente dicha producción. Los estudios tanto de inactivación dirigida como de localización in vivo mediante microscopía confocal de fluorescencia demostraron que la proteína CefM participa en la secreción de penicilina N desde el interior de microcuerpos hacia el citoplasma. Por otro lado, la sobreexpresión del gen cefM no constituye un paso limitante en la ruta biosintética de cefalosporina C. En el cluster temprano de biosíntesis de cefalosporinas se encontró el gen cefR. Los estudios de inactivación dirigida del gen cefR junto con la sobreexpresión y el análisis de la expresión de los mutantes obtenidos demostraron que el gen cefR actúa como un represor de los genes de secreción cefT y cefM, ejerciendo efectos indirectos sobre los genes de biosíntesis pcbC y cefEF y sobre el gen de secreción cefT3. Además para complementar la mutación en el interrumpido en el gen cefR son necesarios los genes cefR y cefT3, efecto que puede ser debido a la topología de esta región del genoma. El hecho de que tanto la inactivación dirigida del gen cefM como del gen cefR provoquen efectos fenotípicos en los mutantes relaciona de alguna manera a ambos genes con el metabolismo primario. Por último, se propone un modelo teórico de compartimentalización de la ruta de biosíntesis de cefalosporina C entre el citoplasma y el interior de microcuerpos (peroxisomas). En este sistema de secreción la proteína CefT3 está implicada en la entrada de la isopenicilina N al interior del microcuerpo, mientras que CefM participa en la secreción de penicilina N desde el interior de microcuerpos hacia el citoplasma. Por otro lado, la proteína CefT actúa como un exportador de diferentes intermediarios de la ruta (isopenicilina N, penicilina N y desacetilcefalosporina C) hacia el exterior celular y la proteína CefR se encuentra en el núcleo celular reprimiendo la expresión de los genes de secreción cefM y cefT.