Las cianobacterias, microorganismos que realizan la fotosíntesis oxigénica, tienen que adaptar su metabolismo a los distintos retos ambientales a los que se enfrentan, como la limitación de nutrientes o los ciclos de luz oscuridad. Para ello, han desarrolado una serie de mecanismos de gran complejidad y alta regulación que les permiten adaptarse y sobrevivir. En este contexto, PipX, una pequeña proteína exclusiva de cianobacterias, descubierta por el grupo de investigación de genética cianobacteriana de la Universidad de Alicante, actúa como conexión, dependiente del estatus carbono/nitrógeno, entre la proteína de transducción de señales, PII, y el regulador transcripcional, NtcA. Recientemente se han descubierto otras parejas de interacción de PipX, entre las que destaca PipY, miembro de la familia de proteínas de unión a piridoxal fosfato (PLPBP) que forma un operón con PipX en la mayoría de cianobacterias, y la GTPasa de ensamblaje de ribosomas, EngA. La mayoría de estos descubrimientos se han realizado en el organismo modelo, Synechococcus elongatus PCC7942, el cual ha sido el principal objeto de estudio en esta Tesis, centrada fundamentalmente en PipX y sus parejas de interacción. Entre las aportaciones novedosas de estas Tesis se encuentran: 1. La propuesta del empleo de PipY como modelo para el estudio de miembros de la familia PLPBP/COG325; 2. La caracterización de los fenotipos de sobreexpresión de PipX y PipY, dando lugar al descubrimiento de nuevas funciones (formación de polifosfatos) y conexiones entre ellas; 3. La demostración de la existencia de interacción funcional entre EngA y PipX, y la descripción de la función de EngA en el estrés redox en cianobacterias; 4. El avance en el estudio de los terminantes moleculares de la toxicidad de PipX en ausencia de PII y el papel de esta última en el mantenimiento de los niveles intracelulares de PipX. En conclusión, esta Tesis amplía el conocimiento sobre la compleja regulación de los sistemas cianobacterianos en respuesta a distintos estímulos ambientales y, en concreto, las conexiones y el papel de PipX junto a sus antiguas y nuevas parejas de interacción.

PipX es una proteína única de cianobacterias identificada por su habilidad para interactuar de forma excluyente con PII y NtcA, dos reguladores clave implicados en la integración de señales de nitrógeno/carbono y energía, estableciendo un vínculo mecanístico entre ambos. Sin embargo, los datos recabados indican que el papel de PipX no se limita únicamente a esto, sino que parece formar parte de una red de señalización más amplia exclusiva de cianobacterias. La formación de los complejos PII-PipX no solo permite el secuestro de PipX, impidiendo la co-activación de NtcA, sino que favorece la formación de los complejos con el regulador transcripcional cianobacteriano PlmA. Esta interacción con PII afecta a la localización dinámica de PipX en respuesta al estado energético de la célula, limitando su actividad a condiciones de alta energía. Además, PipX está funcionalmente conectado con pipY, el gen aguas abajo que codifica a un miembro de la familia de proteínas PLPBP, universalmente distribuidas e implicadas en la homeostasis de la vitamina B6 y amino ácidos y, en humanos, epilepsia dependiente de vitamina B6. No solo PipX sería capaz de controlar a nivel traduccional la expresión de PipY, sino que ambos participarían en el control de la expresión génica y vías metabólicas comunes. Por último, el análisis de genomas cianobacterianos posiciona a PipX en una red de interacción con PipY y otras 4 proteínas con las que PipX podría tener una relación funcional.