Biochemical analysis of the effect of iron deficiency on the organization of photosynthetic apparatus in wild-type and hhoA- mutant of cyanobacterium Synechocystis sp. PCC6803

Żelazo jest niezwykle istotnym pierwiastkiem dla prawidłowego funkcjonowania wielu organizmów, w tym cyjanobakterii. Wchodzi ono w skład wielu kompleksów biorących udział w procesie fotosyntezy oksygenicznej przeprowadzanym przez sinice. Jego niedobór może być przyczyną powstawania reaktywnych form tlenu (ROS), które mogą uszkadzać wiele struktur komórkowych. Za usuwanie źle sfałdowanych oraz uszkodzonych w wyniku stresu białek w organizmach sinic odpowiada między innymi proteaza HhoA należąca do rodziny proteaz Deg. Celem niniejszej pracy było zbadanie wpływu niedoboru żelaza na organizację aparatu fotosyntetycznego sinicy Synechocystis sp. PCC6803 typu dzikiego oraz mutanta z delecją genu kodującego proteazę HhoA z wykorzystaniem spektrofotometrycznych oraz fluorymetrycznych technik biochemicznych. Pomiary wykonane w trakcie eksperymentu wykazały zachodzenie istotnych zmian w proporcjach fotosystemu I, fotosystemu II i fikobilisomów, oraz akumulację białka IsiA w warunkach niedoboru żelaza w obu typach badanych komórek. W przeciwieństwie do publikowanych wcześniej prac, nie zaobserwowano utrzymywania się zielonej pigmentacji w poddanych stresowi komórkach mutanta hhoA-.Uzyskane wyniki sugerują możliwy udział proteazy HhoA w mechanizmie odpowiedzi na stres wywołany niedoborem żelaza w komórkach Synechocystis PCC6803. Komórki mutanta pozbawione tego enzymu, okazały się mniej zdolne do efektywnej ochrony komórki, niż szczep typu dzikiego.

Iron is an extremely important element for the proper functioning of many organisms, including cyanobacteria. It plays a significant role in the process of oxygenic photosynthesis carried out by these organisms. Its deficiency can cause the formation of reactive oxygen species (ROS) that can cause damage of many cellular structures. HhoA protease belonging to the Deg protease family is responsible for removing incorrectly folded and stress-damaged proteins in cyanobacterial cells. The aim of the study was to investigate the effect of iron deficiency on the organization of the photosynthetic apparatus of Synechocystis sp. PCC6803 wild-type and HhoA deletion mutant using spectrophotometric and fluorimetric biochemical techniques. Major changes in the ratio of photosystem I, photosystem II, and phycobilisomes, as well as the accumulation of IsiA protein, were observed during the course of iron depletion treatment. In contrast to previously published results, hhoA- mutant exhibited stronger culture discoloration than the wild type strain.Obtained results suggest that the HhoA protease might be involved in the protection of photosynthetic apparatus against iron starvation, as its deletion caused mutant cells to be more vulnerable to stress that the wild-type cells.