Caracterització estructural de la proteïna P4, un regulador de la transcripció en el bacteriòfag phi29.
Authors:   , Badia Martínez Daniel 
Published: September 2023

En aquest treball es descriu la determinació estructural mitjançant cristal·lografia de raigs X de la proteïna p4 del bacteriòfag phi29 en la seva forma lliure i en complex amb DNA.<br/>La proteïna p4 és essencial en el procés infectiu del bacteriòfag, ja que regula la transcripció dels seus gens, establint-se dues fases transcripcionals clarament diferenciades. Això permet separar en el temps la síntesi de proteïnes implicades en la replicació del DNA fàgic i la de les proteïnes estructurals que formen la partícula del bacteriòfag. Existeixen 3 llocs funcionals de unió de p4 en el genoma del bacteriòfag phi29, que es localitzen en una regió intergènica de 219 pb on es troben els 3 promotors més importants: el A2b, el A2c i el A3.<br/>En absència de la proteïna p4, els promotors A2b i A2c són transcripcionalment actius, mentre que el promotor A3, degut a l'absència de una caixa -35 en la seva seqüència és incapaç d'unir l'RNA polimerasa i es manté inactiu.<br/>En el moment en que la proteïna p4 és sintetitzada, aquesta s'uneix als seus llocs d'unió i produeix diferents efectes depenent del promotor que considerem. En el promotor A2b, el lloc d'unió de la proteïna p4 solapa amb la seva caixa -35 i impedeix la unió de l'RNA polimerasa inhibint-se la transcripció. En el promotor A2c, la proteïna p4 afavoreix la unió de l'RNA polimerasa però aquesta no pot realitzar la seva funció perque es produeix una sobreestabilització del complex i l'RNA polimerasa és incapaç d'alliberar-se del promotor. En el promotor A3, la proteïna p4 recluta l'RNA polimerasa permetent l'inici de la transcripció.<br/>La proteïna p4 va cristal·litzar en dos grups espacials, C2221 i P212121 en presència i absència d'un compost de platí, respectivament. L'obtenció de fases es va realitzar pel mètode MAD, recollint 3 conjunts de dades a diferent longitud d'ona de manera que les intensitats fossin diferents en les reflexions simètriques per l'efecte del platí com a dispersor anòmal. El model de la proteïna es va afinar fins a 3 Å en el grup espacial C2221 i aquest va servir per poder fer una cerca de reemplaçament molecular en el cristall P212121. En aquest grup espacial es va poder afinar el model fins a 2 Å.<br/>El complex format per la proteïna p4 i el DNA va cristal·litzar en el grup espacial P2, apareixent un complex per unitat asimètrica. El fasejat es va realitzar pel mètode del reemplaçament molecular utilitzant com a model de cerca un dímer de la proteïna p4 i un fragment ideal de DNA en conformació B.<br/>La proteïna p4 és una proteïna de 125 aminoàcids que s'uneix al DNA en forma de dímer. La unió de la proteïna al DNA provoca una corvatura de 70º. La unió es realitza de manera específica en la regió N-terminal de la proteïna i de manera inespecífica en la regió de dimerització. Els contactes realitzats amb l'esquelet de fosfat del DNA tenen com a objectiu fixar el solc menor de la molècula de DNA en una conformació comprimida.

This work describes the structural determination by X-ray crystallography of the phi29 bacteriophage protein p4, both bound and unbound to DNA.<br/>Protein p4 is essential for the bateriophage infective step, as it regulates its genes transcription, thus establishing two clearly differentiated transcriptional phases. This allows temporal separation of the phage protein synthesis: the proteins involved in phage DNA replication are synthesized first and the structural proteins that form the bacteriophage particle later. There are three p4 functional binding sites in phi29 genome, which are located in a 219bp long intergenic region where the three most important promoters (A2b, A2c and A3) are located.<br/>In p4 absence, A2b and A2c promoters are active, while A3 promoter, due to not having a -35 box in its sequence, is unable of binding RNA polymerase and remains inactive.<br/>When p4 protein is synthesized, it binds to its binding sites, thus producing different effects depending on the promoter. In A2b promoter, protein p4 binding site encloses the promoter -35 box, thus preventing RNA polymerase binding and transcription consequently. In A2c promoter, although protein p4 enhances RNA polymerase binding, the enzyme is unable to perform its function because the complex is overstabilized and so RNA polymerase cannot escape from the promoter. In A3 promotor, protein p4 recruits RNA polymerase, thus allowing transcription initiation.<br/>Protein p4 was crystallized in two different space groups, C2221 in presence of a platinum compost and P212121 in its absence. Phases were obtained by MAD, collecting 3 data sets at different wavelengths to have differences in the symmetric reflections intensities due to the effect as an anomal dispersor of the platinium. The protein model was refined up to 3 Å in the C2221 space group, and this model was used to perform a molecular replacement in the P212121 crystal. In this former space group, the model could be refined up to 2 Å .<br/>The complex formed by protein p4 and DNA was crystallized in P2 space group, with one complex per asymmetric unit. Molecular replacement was used for phase determination, taking a protein p4 dimer and an ideal DNA fragment in B conformation as a searching model.<br/>P4 is a 125 aminoacid long protein that binds DNA as a dimer. P4 binding to the DNA induces a 70º curvature on it. This binding is specific at the n-terminal region and unspecific at the dimerization area. The contacts with the phosphate backbone of the DNA fix the minor groove of the DNA molecule in a narrowed conformation.