Interacción entre las vías cAMP-PKA y HOG-MAPK en la respuesta celular adaptativa al estrés osmótico en S. cerevisiae

• Autores: Ojeda, Lucas Ezequiel
• Año de publicación: 2022
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Portela, Paula
• Materia: PKA; HOG-MAPK; ESTRES OSMOTICO; RESPUESTA ADAPTATIVA; SACCHAROMYCES CEREVISIAE; PKA; HOG-MAPK; OSMOTIC STRESS; ADAPTIVE CELL RESPONSE; SACCHAROMYCES CEREVISIAE
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

El control de los procesos biológicos, tales como el crecimiento, la diferenciación celular y la resistencia al estrés, es regulado por diversos sistemas de señalización que son activados frente a estímulos específicos para integrar la información en una respuesta que asegure la homeostasis celular. El objetivo de esta tesis fue contribuir a la comprensión de cómo la información de distintas vías de señalización que responden al mismo estímulo se integra durante la adaptación celular al estrés. En levaduras, la vía HOG-MAPK responde a una gran variedad de estímulos como estrés osmótico para mantener el balance fisiológico y la omolaridad interna celular. Por otro lado, la vía AMPc-PKA ejerce un rol negativo sobre la respuesta adaptativa frente a diferentes tipos de estrés. En levaduras, la subunidad catalítica de la PKA esta codificada por tres genes TPK1, TPK2 y TPK3. Las tres isoformas catalíticas presentan roles específicos en respuesta a diversos estímulos de estrés. En respuesta a estrés osmótico, las isoformas catalíticas Tpk1 y Tpk2 presentan un rol diferencial en la reprogramación transcripcional adaptativa. En esta tesis, estudiamos la interacción entre las vías AMPc-PKA y HOG-MAPK en respuesta al estrés osmótico particularmente focalizados en la especificidad de acción de las isoformas catalíticas Tpk1 y Tpk2. En primer lugar, evaluamos la respuesta fisiológica celular al estrés osmótico en cepas mutantes para las isoformas catalíticas Tpk1 y Tpk2 y para la quinasa Hog1. En respuesta al estrés osmótico, la deleción del gen TPK2, pero no la del gen TPK1, mejora el crecimiento celular defectuoso observado en la cepa mutante para HOG1. Además, la disminución en el consumo de glucosa, el incremento de la acumulación de trehalosa y glucógeno, y la alteración de la morfología celular, observados en células mutantes para HOG1 en condiciones de estrés, fueron revertidos por la deleción de TPK2, pero no por la deleción de TPK1. Además, analizamos el rol de Tpk1 y Tpk2 sobre el crecimiento invasivo de las células mutantes para el gen HOG1 en respuesta a estrés osmótico. La deleción del gen TPK1 revirtió el fenotipo del crecimiento invasivo observado en la mutante HOG1 mientras que la deleción de TPK2 incrementó el crecimiento invasivo en respuesta al estrés osmótico. Estudiamos el rol de Hog1 y Tpk2 en la regulación transcripcional de genes de respuesta a estrés osmótico. Para esto, analizamos los niveles de expresión del mRNA, la cinética de asociación a la cromatina de las quinasas Hog1 y Tpk2, de la subunidad Snf2 del complejo remodelador de la cromatina SWI/SNF y el factor de transcripción Msn2 a los promotores de los genes blanco. Los resultados sugieren un cross-talk entre la isoforma catalítica Tpk2 y Hog1 sobre la asociación de Snf2 y Mns2 a los promotores de los genes analizados y, como consecuencia, sobre la regulación de la expresión génica en respuesta a estrés osmótico. La deleción de los genes TPK1 o TPK2 no afectó los niveles de fosforilación y acumulación nuclear de Hog1 inducidos por estrés osmótico, sugiriendo que la vía AMPc-PKA regula efectores blanco río abajo de la vía HOG-MAPK. Como conclusión general, nuestros resultados describen cómo diferentes vías de transducción de señales convergen para la adaptación celular al estrés. Particularmente, demostramos que la vía AMPc-PKA actúa específicamente vía la isoforma catalítica Tpk1 o Tpk2 en paralelo a la vía HOG-MAPK con roles opuestos en la respuesta adaptativa al estrés osmótico.
The biological processes control, such as growth, cell differentiation and stress resistance, is regulated by various signaling systems that are activated by specific stimuli to integrate information into a coordinated response that ensures cell homeostasis. The main objective of this thesis was to contribute to the understanding of how different signaling pathways information that respond to the same stimulus are integrated during stress cellular adaptation. In yeast, the HOG-MAPK pathway responds to a wide variety of stimuli such as osmotic stress to maintain physiological balance and internal cellular omolarity. On the other hand, the cAMP-PKA pathway exerts a negative role on the adaptive response to different types of stress. In yeast, the PKA catalytic subunit is encoded by three genes: TPK1, TPK2 and TPK3. These three catalytic isoforms have specific roles in response to various stress stimuli. In response to osmotic stress, the Tpk1 and Tpk2 catalytic isoforms have differential roles on the adaptive transcriptional reprogramming. In this thesis we studied the interaction between the cAMP-PKA and HOG-MAPK pathways in response to osmotic stress, particularly focused on the catalytic isoforms Tpk1 and Tpk2 specifity of action. First, we assessed the cellular physiological response to osmotic stress in mutant strains for the catalytic isoforms Tpk1 and Tpk2 and for the Hog1 kinase. In response to osmotic stress, TPK2 gene deletion, but not TPK1 gene, reverses the defective cell growth exhibited by the HOG1 mutant strain. In addition, the glucose consumption decrease, the glycogen and trehalose accumulation increase, and the altered cell morphology, altogether displayed by HOG1 mutant cells under stress conditions, were also reversed by TPK2 deletion, but not by TPK1 deletion. We analyzed the Tpk1 and Tpk2 role on the HOG1 mutant strain invasive growth in response to osmotic stress. The TPK1 gene deletion reversed the invasive growth phenotype observed in the HOG1 mutant, whereas the TPK2 deletion increased the invasive growth in response to osmotic stress. We studied the Hog1 and Tpk2 role on the gene transcriptional regulation in response to osmotic stress. We analyzed the mRNA expression levels, the in vivo kinetic recruitment of the kinases Hog1 and Tpk2, of the SWI/SNF chromatin remodeling complex Snf2 subunit and the transcription factor Msn2 to the promoter regions of osmostress responsive genes. Our results suggest a crosstalk between the Tpk2 catalytic isoform and Hog1 on the Snf2 and Mns2 association to the osmostress responsive genes promoter and, subsequently, on the gene expression regulation in response to osmotic stress. TPK1 or TPK2 deletion did not affect the osmotic stress induced Hog1 phosphorylation nor Hog1 nuclear accumulation levels, suggesting that the cAMP-PKA pathway regulates HOG-MAPK pathway downstream target effectors. In summary, our results describe how different signal transduction pathways converge into a coordinated stress celular-adaptation response. Particularly, we demonstrate that cAMP-PKA pathway specificity - via Tpk1 or Tpk2 catalytic isoforms - and HOG-MAPK pathway have an opposite role during the cellular adaptation to osmotic stresses.
Fil: Ojeda, Lucas Ezequiel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.