Procesamiento de información extracelular por sistemas de transducción de señales : determinación de concentración absoluta y dirección de gradientes de feromona sexual en Saccharo...

• Autores: Vasen, Gustavo
• Año de publicación: 2018
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Colman Lerner, Alejandro Ariel
• Materia: SACCHAROMYCES CEREVISIAE; TRANSDUCCION DE SEÑALES; RECEPTOR ACOPLADO A PROTEINA G (GPCR); POLARIZACION; SENSADO DE GRADIENTE; MICROFLUIDICA; QUIMIOTROPISMO; SACCHAROMYCES CEREVISIAE; SIGNAL TRANSDUCTION; G-PROTEIN COUPLED RECEPTOR (GPCR); POLARIZATION; GRADIENT SENSING; MICROFLUIDICS; CHEMOTROPISM
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Las vías de señalización celulares son las encargadas de transmitir la información sobre el estado del ambiente intra y extracelular. En el sistema de respuesta a feromona sexual (SRF), las células de levadura Saccharomyces cerevisiae convierten señales externas en medidas cuantitativas para tomar decisiones sobre su destino. Para aparearse, las levaduras deben evaluar la proximidad y la dirección de la compañera. Para ello, se comunican mediante la secreción y detección de feromonas sexuales. La concentración externa de feromona codifica la cercanía entre las células: sólo a altas concentraciones de la señal se produce el arresto del ciclo celular y la activación del programa de apareamiento. En el tipo sexual “a” la molécula que sensa la feromona es un receptor acoplado a proteína G, Ste2. Una característica notable de este sistema es que, a pesar de existir una elevada variabilidad en la cantidad de receptor en las distintas células, la respuesta de la población es uniforme. Resultados previos de nuestro laboratorio, basados en modelado matemático, indicaban que el SRF era capaz de medir la fracción de receptor ocupado en lugar de la cantidad total de complejo ligando-receptor y, así, responder de forma independiente al número de receptores Esta propiedad radica en que el receptor presenta actividades antagónicas: cuando está ocupado activa la respuesta mientras que cuando está desocupado la inhibe. En esta tesis, se demuestra que la medición fraccional depende la unión al receptor de una proteína inhibitoria (Sst2). Mutantes en que esta asociación se encuentra bloqueada pierden tanto la medición fraccional como la robustez al cambio en la cantidad de receptores. Por otro lado, dado que las levaduras son sésiles, la detección de la concentración externa de feromona no es suficiente para lograr el apareamiento: las células deben crecer en dirección a su compañera. En la determinación de la dirección del gradiente, el receptor unido a ligando recluta a la maquinaria de polarización para dirigir el crecimiento celular hacia la fuente de feromona. Sin embargo, esta maquinaria es compartida con el proceso de gemación que polariza utilizando marcas internas. Para estudiar la competencia entre el gradiente de feromona y estas marcas internas, se expuso a células a gradientes artificiales generados mediante microfluídica. Los resultados revelaron una compleja interacción entre las marcas internas y el gradiente externo donde algunas proteínas de posicionamiento orientan la polarización de forma dependiente de feromona (Rax1/2, Rsr1) y otras de forma independiente de la señal (Bud8, Bud9, Axl2). Se pudo comprobar que estas marcas interfieren con la detección de la dirección del gradiente. En conclusión, en esta tesis se describen dos aspectos fundamentales del procesamiento de la información extracelular: la medición fraccional de la concentración externa de una señal y su competencia con información proveniente del medio interno a la hora de polarizar en la dirección de un gradiente. Ambos aspectos resultan claves para comprender el proceso de apareamiento celular.
Information about the external world is sensed and transmitted through cell signaling systems. In the pheromone response, Saccharomyces cerevisiae cells convert extracellular signals into quantitative measurements for cellular fate decisions. To achieve mating, yeast cells of opposite mating types must evaluate the proximity and the direction of the mating partner. Cells communicate by secreting and detecting sexual pheromones. External signal concentration codes the distance between cells in a way that only high concentrations of pheromone arrest the cell cycle and promotes mating. In MATa sexual type, Ste2, a G-protein coupled receptor, is the receptor that binds and senses pheromone. A notable feature of this system is that, in spite of the cell-to-cell variability in the expression of Ste2, the population of cells respond uniformly. This observation required mechanisms that could account for this receptor number independent behavior. Previous results from our group, based on mathematical modeling, indicated that the system was able the measure the fraction of ligand occupied receptors instead of the total number of ligand-receptor complexes. This property emerged from the antagonistic activities of the receptor: when occupied it activates signaling but, when unoccupied, it inactivates it. In this thesis, we demonstrated that this ability relies on the interaction between the receptor and an inhibitory protein (Sst2). Mutants in which this interaction is blocked showed both impaired fractional measurement as well as no robustness to changes in receptor abundance. On the other hand, given that yeast cells are sessile, concentration determination of pheromone is not enough to achieve mating: cells must grow in the direction of its partner. In gradient sensing, occupied receptors recruit the polarization machinery towards the source of pheromone. However, this machinery is shared with budding which polarizes using internal cues placed in the poles of the cell. To study the competence between the pheromone gradient and the internal landmarks, a microfluidic system was set up for the generation of stable pheromone gradients. Results revealed a complex interaction between these signals. Some positioning proteins oriented the polarization in a pheromone dependent way (Rax1/2, Rsr1) whereas others were signal independent (Bud8, Bud9, Axl2). When subjected to gradients, these landmarks interfered with gradient sensing. In summary, in this thesis we described two fundamental aspects of external information processing: fractional measurement of extracellular signal concentration and its competition with information from the internal cellular media for polarizing. Both behaviors are key to understand yeast mating.
Fil: Vasen, Gustavo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.