Análisis sistemático de la palmitoilación de proteínas en Saccharomyces cerevisiae

• Autores: Meinero, Rocio del Milagro
• Año de publicación: 2026
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Valdez Taubas, Javier; Alvarez, Cecilia Inés; Bisig, C. Gastón; Bonacci, Gustavo Roberto; Corvi, María Martha
• Materia: Proteínas Reguladoras de Información Silente de Saccharomyces cerevisiae; Membranas eucariotas; Levadura de cerveza; Acilación; Biología celular; Sinapsis; Células eucarioticas; Proteínas de membrana
• Institución: Universidad Nacional de Córdoba

Tesis (Doctora en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2026
Fil.: Meinero, Rocio del Milagro. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.
La S-acilación de proteínas, también conocida como palmitoilación, es una modificación postraduccional en la que un ácido graso de cadena larga, generalmente ácido palmítico, se une a un residuo de cisteína mediante un enlace tioéster. Debido a que este enlace es lábil, la palmitoilación constituye la única modificación lipídica de proteínas reversible y, por lo tanto, regulable. En los últimos años, esta modificación se ha asociado a múltiples procesos biológicos relevantes, como la transducción de señales, la modulación del tráfico intracelular, la estabilidad de las proteínas, las interacciones entre ellas, así como también la transmisión sináptica. Asimismo, esta modificación ha sido asociada a numerosas enfermedades humanas y distintos tipos de cáncer. En eucariotas, esta reacción es catalizada por una familia de enzimas politópicas de membranas que contienen entre cuatro y seis segmentos transmembrana llamadas palmitoiltransferasas (PATs) caracterizadas por poseer un dominio de 50 aminoácidos, rico en cisteínas, denominado DHHC-CRD. A pesar de su importancia, aún es limitado el conocimiento sobre los mecanismos que regulan su localización, la selección de sustratos y su actividad enzimática. Se estima que más del 10% del proteoma humano estaría palmitoilado. Sin embargo, solo alrededor del 1% (aproximadamente 60 proteínas) del proteoma de Saccharomyces cerevisiae ha sido reportado como S-acilado, además, en bases de datos que predicen la palmitoilación, estiman que las proteínas modificadas podrían ascender a 2414. Si bien este valor podría ser una sobreestimación, esta discrepancia sugiere que el palmitoilproteoma de levadura aún está incompleto o bien, que esta modificación es menos prevalente en este organismo. En este trabajo de tesis hemos empleado distintos enfoques para estudiar la S-acilación de manera integral, utilizando el organismo modelo S. cerevisiae. En primer lugar, hemos generado un mapa más completo del palmitoilproteoma utilizando dos técnicas acopladas a espectrometría de masas. Este enfoque permitió validar 24 sustratos previamente conocidos e identificar 40 nuevos candidatos. En segundo lugar, con el fin de caracterizar e identificar proteínas relacionadas funcionalmente con las palmitoiltransferasas, hemos explorado el proxitoma (conjunto de proteínas ubicadas en estrecha proximidad física) de las siete PATs presentes en S. cerevisiae (Akr1, Akr2, Pfa3, Pfa4, Pfa5, Swf1 y Erf2) mediante marcado por proximidad con TurboID. Este enfoque permitió identificar no sólo interacciones estables, sino también interacciones transitorias, como las que se cree que ocurren entre una PAT y sus sustratos. De hecho, en cada proxitoma se detectaron sustratos previamente conocidos para cada enzima, lo que valida esta estrategia experimental como herramienta adecuada para identificar nuevos sustratos y redes funcionales asociadas a las PAT. Finalmente, combinando ambos enfoques, nos enfocamos en el estudio de la palmitoilación de Rtn1 (Reticulon-1) y su relevancia biológica, ya que esta proteína está involucrada en el mantenimiento de la morfología tubular del retículo endoplasmático mediante la generación de curvatura de membrana. En conjunto, estos resultados expanden significativamente el conocimiento del palmitoilproteoma de levadura, proponen nuevas conexiones entre las PATs y proteínas que podrían ser sustratos, y establecen bases para futuros estudios destinados a comprender en mayor detalle cómo la S-acilación contribuye a la organización y dinámica celular.
Protein S-acylation, also known as palmitoylation, is a post-translational modification in which a long-chain fatty acid, most commonly palmitic acid, is covalently attached to a cysteine residue through a thioester bond. Because this bond is labile, palmitoylation is the only lipid modification that is reversible and therefore may be subject to dynamic regulation. Over the past years, this modification has been implicated in multiple relevant cellular processes, including signal transduction, modulation of intracellular trafficking, protein stability, protein-protein interactions, and synaptic transmission. Moreover, protein palmitoylation has been associated with numerous human diseases and various types of cancer. In eukaryotes, this reaction is catalyzed by a family of polytopic membrane enzymes containing four to six transmembrane segments, known as palmitoyltransferases (PATs), which are characterized by the presence of a conserved 50-amino-acid cysteine-rich domain termed the DHHC-CRD. Despite their importance, our understanding of the mechanisms that regulate the localization of these enzymes, their substrate selection, and their enzymatic activity remains limited. It is estimated that more than 10% of the human proteome undergoes palmitoylation. In contrast, only around 1% of the Saccharomyces cerevisiae proteome (approximately 60 proteins) has been experimentally reported as S-acylated. However, prediction databases estimate that the number of palmitoylated proteins in yeast could reach up to 2,414. Although this is likely an overestimation, this discrepancy suggests that the yeast palmitoylproteome is still incomplete or that this modification is less prevalent in this organism. In this thesis, we employed multiple complementary approaches to study protein S-acylation in an integrated manner using S. cerevisiae as a model organism. First, we generated a more comprehensive map of the yeast palmitoylproteome by combining two mass spectrometry-based approaches. This strategy allowed the validation of 24 previously known substrates and the identification of 40 new candidate palmitoylated proteins. Second, to characterize and identify proteins functionally associated with palmitoyltransferases, we explored the interactome of seven PATs present in S. cerevisiae (Akr1, Akr2, Pfa3, Pfa4, Pfa5, Swf1 and Erf2) using TurboID-based proximity labeling. This approach enables the detection of transient interactions, such as those proposed to occur between PATs and their substrates. Notably, known substrates were detected in each PAT proxitome, validating this experimental strategy as a suitable tool for the identification of novel substrates and functional networks associated with palmitoyltransferases. Finally, by combining both approaches, we focused on the study of Rtn1 palmitoylation and its biological relevance, as this protein is involved in maintaining the tubular morphology of the endoplasmic reticulum through the generation of membrane curvature. Taking together, these results significantly expand the current knowledge of the yeast palmitoylproteome, propose new connections between PATs and proteins that may act as substrates, and lay the groundwork for future studies aimed at understanding in greater detail how S-acylation contributes to the organization and dynamics of eukaryotic membranes.
2028-04-30
Fil.: Meinero, Rocio del Milagro. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.