Estudio integrativo de vías de señalización de MAP quinasas de Saccharomyces cerevisiae

Authors
Baltanás, Rodrigo
Publication Year
2012
Language
Spanish
Format
doctoral thesis
Status
Published version
Director/a de tesis
Colman-Lerner, Alejandro
Description
El objetivo principal de esta tesis fue estudiar la interacción entre las vías de MAP quinasas de Saccharomyces cerevisiae. Estas vías están representadas en humanos, donde su mal funcionamiento puede conducir a patologías tales como cáncer o problemas en el desarrollo. La complejidad de los circuitos de señalización de MAP quinasas en células de mamíferos dificulta la comprensión de como estas integran las señales que los activan. Para resolver este problema, una estrategia es analizar sistemas biológicos más simples que comparten propiedades con los más complejos. En este sentido, nos propusimos caracterizar exhaustivamente sistemas de señalización de MAP quinasas en un sistema biológico simple, la levadura S. cerevisiae. En esta tesis decidimos determinar los puntos de flujo de información entre las vías de "Respuesta a Shock Hiperosmótico" (HOG) y de "Respuesta a Feromona" (PR) de levaduras, ya que estas vías comparten componentes en sus vías de señalización y existe controversia sobre sus interacciones. A su vez, estudiamos estas vías en células individuales, estimulando las mismas controlando la dosis de los estímulos utilizados y en una variada serie de condiciones experimentales. Finalmente, medimos las respuestas de estas vías de un modo cuantitativo, estudiando su dinámica temporal y analizando el mayor número de respuestas posible en cada célula. Resumiendo los resultados obtenidos, podemos decir, que la vía de HOG no presenta osmoadaptación perfecta como se había afirmado previamente y permanece activa en estado estacionario. Su activación es mayor cuanto mayor es la osmolaridad externa, y también depende del gradiente químico de glicerol. Además, vemos una alta variabilidad de la respuesta de HOG en células individuales. A nivel de las interacciones entre las vías de MAP quinasas, determinamos que la vía PR es capaz de activar a la vía HOG en células adaptadas a alta osmolaridad. Esta compleja activación requiere de la MAPK de la vía de integridad de la pared celular (CWI) Slt2/Mpk1 y del polarisoma. La activación de HOG es pulsátil y presenta una alta variabilidad en células individuales. Los picos de actividad de HOG coinciden con eventos morfogenéticos inducidos por PR en los cuales se activa Slt2/Mpk1. La vía PR induce una salida de glicerol, que estaría mediada por Slt2/Mpk1, y este sería el mecanismo que llevaría a la activación de la vía HOG. La inducción de HOG también puede lograrse a través de la activación de Slt2/Mpk1 mediante shock térmico. Ambos tipos de activaciones (por feromona o alta temperatura) son proporcionales a la osmolaridad externa y dependen del gradiente químico de glicerol. Una consecuencia fisiológica de esta activación de HOG promovida por la vía PR es que las células en estas condiciones presentan una mejor capacidad de osmoadaptación. Finalmente, podemos agregar que los shocks hiperosmóticos inhiben a la vía PR durante la etapa de respuesta aguda, pero no hemos establecido aún los actores moleculares que median esta inhibición. Sin embargo, podemos descartar algunos componentes de la vía de HOG como Sho1, Ssk1 y Hog1. Para terminar, la alta osmolaridad, a largo plazo, en células ya adaptadas, cambia la dinámica de la respuesta de la vía PR reduciendo su sensibilidad a α factor. Esta reducción es proporcional a la osmolaridad externa. Esperamos que los resultados encontrados en este sistema biológico sean de utilidad, para pensar de una manera más integrativa, como se comporta la dinámica de la respuesta en un dado sistema frente a múltiples señales externas, de acuerdo a como el mismo las integra globalmente.
The main objective of this thesis was to study the interaction between MAPK signaling pathways in Saccharomyces cerevisiae. These pathways are represented in humans, were the malfunction of them can lead to pathologies such as cancer or developmental problems. The complexity of MAPK signaling circuits in mammalian cells difficult the understanding of how they integrate the signals activating them. As a means to solve this problem, one strategy is to analyze simpler biological systems that share properties with the more complex ones. In these sense, we ought to characterize thoroughly MAPK signaling pathways in a simple biological system, the yeast S. cerevisiae. In this thesis we decided to determine the points of information flow between the yeast "High Osmolarity" (HOG) and the "Pheromone Response" (PR) pathways, because they share components in their signaling cascades and there is controversy in how they interact. In addition to these, we studied these pathways in individual cells, stimulating them by controlling the stimulus doses and under a several experimental conditions. Finally, we measured the output of these pathways in a quantitative way, studying their temporal dynamics and analyzing the most number of possible readouts. Summing up the results obtained, we can say that, the HOG pathway does not present perfect adaptation as it was previously stated and it remains active in steady state. Its activation is higher the higher the external osmolarity and it also depends on the chemical gradient of glycerol. Besides, we see high variability in the HOG output of individual cells. At the level of interactions between the MAPK pathways, we determined that the PR pathway can activate the HOG pathway in cells adapted to high osmolarity. This complex activation requires the Cell Wall Integrity (CWI) MAPK Slt2/Mpk1 and the polarisome. This HOG activation occurs in pulses and presents high variability in single cells. The peaks of HOG activity coincide with PR induced morphogenetical events where Slt2/Mpk1 is activated. The PR pathway induces a glycerol efflux, which would be controlled by Slt2/Mpk1, and that would be the mechanism leading to HOG pathway activation. HOG induction can also be achieved through Slt2/Mpk1 heat shock activation. Both kinds of activations (by pheromone or high temperature) are proportional to the external osmolarity and depend on the glycerol chemical gradient. One physiological consequence of these PR promoted HOG activation is that the cells present a better osmoadaptation capacity in these conditions. Finally, we can add that hyperosmotic shocks inhibit PR pathway during the acute hyperosmotic phase, but we have not established yet the molecular actors that mediate this inhibition. However, we can rule out some of HOG pathway components like, Sho1, Ssk1 and Hog1. To finish, high osmolarity, at longer times in cells already adapted, changes the dynamics of PR response reducing its sensitivity to α factor. This reduction is proportional to the external osmolarity. We hope the results found in this biological system are helpful, to think in a more integrative way, how the output dynamics of a system behaves, facing multiple external signals, depending on how it integrates them globally.
Fil:Baltanás, Rodrigo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.
Subject
SACCHAROMYCES CEREVISIAE
LEVADURA
BIOLOGIA CUANTITATIVA
TRANSDUCCION DE SEÑALES
MAPK
MAP QUINASAS
RESPUESTA A ESTRES
RESPUESTA DE DESARROLLO
VIA HOG
VIA DE RESPUESTAS A SHOCKS HIPEROSMOTICOS
VIA PR
VIA DE RESPUESTAS DE APAREAMIENTO
VIA CWI
VIA DE INTEGRIDAD DE PARED CELULAR
SACCHAROMYCES CEREVISIAE
YEAST
QUANTITATIVE BIOLOGY
SIGNAL TRANSDUCTION
MAPK
STRESS RESPONSE
DEVELOPMENTAL RESPONSE
HOG
HYPEROSMOTIC SHOCK PATHWAY
PR PATHWAY
PHEROMONE RESPONSE PATHWAY
CWI PATHWAY
CELL WALL INTEGRITY PATHWAY
Access level
Open access
License
http://creativecommons.org/licenses/by/2.5/ar
Repository
Biblioteca Digital (UBA-FCEN)
Institution
Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
OAI Identifier
tesis:tesis_n5182_Baltanas