Nitrogen metabolism in Saccharomyces cerevisiae : molecular mechanisms that determine the hierarchy in the use of poor nitrogen sources

Autor: Muñoz, Sebastián Aníbal
Přispěvatelé: Bermúdez Moretti, Mariana
Jazyk: Spanish; Castilian
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital (UBA-FCEN)
Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
instacron:UBA-FCEN
Popis: La levadura Saccharomyces cerevisiae puede utilizar una gran variedad de compuestos como fuente de nitrógeno. En presencia de fuentes ricas de nitrógeno los genes de las vías de utilización de las fuentes pobres no se expresan. Dicho mecanismo es conocido como Nitrogen Catabolite Repression (NCR). Últimamente se han obtenido evidencias de que también hay una jerarquía dentro del uso de las fuentes pobres. El factor de transcripción Dal81 participa en la regulación de genes involucrados en varias vías de utilización de fuentes pobres de nitrógeno. Para activar la transcripción dependiente del factor Dal81 de cada gen (o grupo de genes), también es necesaria la participación de otro factor (específico de inductor) que sería el responsable de la especificidad de la respuesta. Así, para el catabolismo de fuentes pobres de nitrógeno, como alantoína y leucina, son necesarios el factor de transcripción pleiotrópico Dal81 y otro factor específico de cada fuente (Dal82 y Stp1/Stp2) para que se produzca la activación transcripcional de los genes que codifican para permeasas tales como Dur3, Agp1, Bap2 y Bap3. Por otra parte, para que ocurra la inducción de los genes de la utilización del GABA en respuesta a este compuesto, Dal81 actúa en conjunto con el factor de transcripción específico Uga3. La existencia de un factor de transcripción compartido entre estas vías inducibles, podría permitir una activación jerarquizada de las mismas y la regulación de otros procesos biológicos sincrónicos, cuando varias de las fuentes de nitrógeno antes mencionadas se encuentran disponibles simultáneamente. El objetivo general de este trabajo fue estudiar los mecanismos moleculares a través de los cuales se determina la regulación coordinada de genes involucrados en el uso de fuentes de nitrógeno pobres. En este trabajo, demostramos que Uga3, conocido hasta ahora como un factor específico de la vía del GABA, regula al gen BAP2, responsable de la incorporación de aminoácidos ramificados a las células. Encontramos también que Uga3, además de afectar la utilización de GABA y leucina, promueve la tolerancia a estrés térmico y oxidativo. Además, mediante co-inmunoprecipitación de diferentes factores de transcripción, encontramos que Dal81 se encuentra unido al factor de transcripción Uga3 aún en ausencia de GABA y de manera independiente de la secuencia UASGABA de los genes UGA. Por otra parte, también detectamos una interacción independiente de inductor entre Leu3 y Uga3. Mediante el análisis global del proteoma de células deficientes en UGA3, identificamos 17 proteínas sobre-representadas en esta mutante, mientras que otras 50 se encuentran sub-representadas. A través de análisis in sílico de las 67 proteínas expresadas diferencialmente, encontramos que 8 de ellas participan del metabolismo de fuentes pobres de nitrógeno o son permeasas de aminoácidos. Demostramos que Arg5,6, está regulado por Uga3 a nivel de su transcripción, y que la represión por arginina de este gen depende de Uga3. Sin embargo, no detectamos interacción entre Uga3 y la región regulatoria de ARG5,6. Por último, demostramos que la ausencia de Uga3, así como también la de Dal81, también produce cambios significativos en el contenido de varios aminoácidos. Encontramos correlaciones entre estas modificaciones y la expresión diferencial de proteínas asociadas al metabolismo de fuentes de nitrógeno y permeasas. La mutante uga3 tiene un alto contenido de arginina intracelular. Se sabe que la acumulación intracelular de arginina promueve la tolerancia a estrés por etanol, por lo que podría relacionarse al menos parcialmente, con los efectos de tolerancia a estrés observados. Sin embargo, en nuestras condiciones de trabajo, no encontramos cambios significativos en la tolerancia a etanol entre esta mutante y la cepa wild type [fórmula aproximada, revisar la misma en el original]. The yeast Saccharomyces cerevisiae is able to use a wide variety of compounds as nitrogen source. When rich nitrogen sources are available, genes for poor sources utilization pathways are not expressed. This mechanism is known as Nitrogen Catabolite Repression (NCR). Lately there has been evidence that there is also a hierarchy within the use of poor sources. Dal81 transcription factor participates in the regulation of several genes involved in different poor nitrogen sources pathways. To activate each gene (or group of genes) Dal81-dependent transcription, another factor (inducer-specific), which would be responsible for the specificity of response, is also necessary. Thus, to catabolize poor nitrogen sources such as allantoin and leucine, the pleiotropic transcription factor Dal81 and another factor specific of each source (Dal82 and Stp1/ Stp2, respectively) are necessary. These factors transcriptionally activate genes that encode permeases such as Dur3, Agp1, Bap2 and Bap3. On the other hand, the induction of genes of GABA utilization depends on Dal81 in conjunction with the specific transcription factor Uga3. The fact that these inducible pathways are regulated by a common transcription factor could allow their hierarchical activation, and the regulation of other synchronous biological processes, when several of the above-mentioned nitrogen sources are simultaneously available. The aim of this work was to study the molecular mechanisms through which the coordinated regulation of genes involved in the use of poor nitrogen sources is determined. In this work, we show that Uga3, known until now as a specific factor of the GABA pathway, regulates the BAP2 gene, responsible for the incorporation of branched-chain amino acids into cells. We also found that Uga3, in addition to affecting the utilization of GABA and leucine, promotes tolerance to thermal and oxidative stress. Furthermore, by co-immunoprecipitation of different transcription factors, we found that Dal81 is bound to the Uga3 transcription factor even in the absence of GABA and independently of the UASGABA sequence of the UGA genes. On the other hand, we also detected an inducer-independent interaction between Leu3 and Uga3. By global analysis of the proteome of UGA3-deficient cells, we identified 17 proteins overrepresented in this mutant, while another 50 were underrepresented. Through in silico analysis of the 67 differentially expressed proteins, we found that 8 of them participate in the metabolism of poor nitrogen sources or are amino acid permeases. We also found that ARG5,6 is regulated by Uga3 at the level of its transcription, and that the arginine repression of this gene depends on Uga3. However, we did not detect interaction between Uga3 and the regulatory region of ARG5,6. Finally, we show that the absence of Uga3, as well as that of Dal81, also produces significant changes in the content of several amino acids. We found correlations between these modifications and the differential expression of proteins associated with the metabolism of nitrogen sources and permeases. The uga3 mutant has a high intracellular arginine content. It is known that the intracellular accumulation of arginine promotes tolerance to ethanol stress, so it could be related, at least partially, to the stress tolerance effects observed. However, under our working conditions, we did not find significant changes in ethanol tolerance between this mutant and the wild type strain [fórmula aproximada, revisar la misma en el original]. Fil: Muñoz, Sebastián Aníbal. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.
Databáze: OpenAIRE
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