Señalización por la vía de la pka y de la calcineurina en la homeostasis iónica de la levadura saccharomyces cerevisiae

Resumen

La levadura Saccharomyces cerevisiae prolifera de manera óptima a pH ácido y la exposición a pH alcalino representa una situación de estrés para la célula que genera una respuesta compensatoria multifactorial. Esta respuesta implica la remodelación de la expresión génica como resultado de la rápida activación de varias vías de señalización relacionadas con la respuesta estrés, como la vía Rim101, la vía de la integridad de la pared celular y la vía de la calcineurina. La alcalinización del ambiente también afecta a la homeostasis de nutrientes como el hierro/cobre, el fosfato y la utilización o la entrada de glucosa. Entre las vías que regulan el metabolismo de glucosa en S. cerevisiae, la vía de la proteína quinasa dependiente de AMPc (PKA) ejerce un rol crítico, ya que regula el crecimiento celular en función de la glucosa disponible. En este trabajo se ha estudiado una posible implicación de la vía PKA en la respuesta adaptativa a estrés provocado por pH alcalino. Se ha demostrado que la activación del sistema sensor formado por las proteínas Ras provoca un defecto en la adaptación a estrés alcalino, a diferencia del sistema Gpr1-Gpa2 que no parece tener un papel relevante en este mecanismo adaptativo. Estudiando los niveles intracelulares de AMPc, el principal regulador de la vía PKA, se ha demostrado que el pH alcalino provoca un descenso de la cantidad de AMPc lo que sugiere que la célula se adapta a este estrés mediante la inactivación de la vía PKA. Consecuentemente con la necesidad de inactivar esta vía para adaptarse a estrés alcalino, hemos encontrado que el mutante bcy1 es sensible a este pH mientras que una cepa con la PKA atenuada presenta un fenotipo de tolerancia. Además se ha estudiado el efecto del pH alcalino en el comportamiento de los factores de transcripción Msn2 y Msn4, los cuales median la regulación transcripcional señalizada por PKA, observándose que este estrés provoca la localización nuclear de Msn2 y que la falta de ellos confiere sensibilidad a pH alcalino. Mediante fusiones LacZ hemos demostrado que el pH alcalino induce la expresión tanto de un sistema reportero que contiene secuencias diana (secuencias STRE) de estos factores de transcripción, como de un gen (HXK1) cuya expresión ha sido documentada que es regulada por la vía PKA. También se ha estudiado a escala genómica la relevancia de Msn2 y Msn4 en la respuesta transcripcional provocada por el pH alcalino, encontrándose que aproximadamente la mitad de los genes inducidos tras 10 minutos de estrés presentan una inducción dependiente de la presencia de estos factores de transcripción. Todos los datos obtenidos relacionados con la remodelación de la respuesta transcripcional tras estrés alcalino indican que el sistema de respuesta general a estrés de Saccharomyces cerevisiae está implicado en esta respuesta adaptativa. En conjunto, estos resultados muestran que la correcta regulación de la vía PKA es necesaria para una normal respuesta a pH alcalino y postulamos que la inhibición de la vía es un componente esencial del mecanismo adaptativo a este tipo de estrés. El mantenimiento de la concentración adecuada de cationes en el interior celular, principalmente K+ y Na+, es de vital importancia para las células, ya que determina el volumen celular, el pH intracelular y el potencial de membrana, entre otros importantes parámetros celulares. Varios organismos han desarrollado sistemas de alta afinidad de captación de K+ debido a que la concentración de K+ en la mayoría de ambientes naturales es inferior a la concentración intracelular de este catión. En la levadura Saccharomyces cerevisiae el transporte de potasio de alta afinidad es mediado por las proteínas Trk1 y Trk2 cuya actividad es regulada por diferentes vías de señalización, entre las que se encuentran la vía de la fosfatasa calcineurina y las proteínas quinasas Hal4 y Hal5. En este trabajo se ha estudiado el papel de la calcineurina en la adaptación celular a condiciones limitantes de potasio. Se ha demostrado que mutaciones que inactivan la vía de la calcineurina causan defectos en el crecimiento en situaciones de falta de potasio. Además, hemos demostrado que la expresión de HAL5 es inducida en respuesta a estrés de manera calcineurina dependiente a través de una secuencia CDRE localizada en la posición -195/-189 del promotor de HAL5. Asimismo, la falta de calcineurina causa una disminución de la cantidad de proteína Hal5, pero en cambio tiene un efecto escaso en la cantidad de Trk1. De todas maneras, el defecto en el crecimiento observado en células que carecen de la calcineurina en condiciones de falta de potasio puede ser rescatado parcialmente por la sobreexpresión de HAL5, indicando que Hal5 es relevante en la adaptación celular a condiciones limitantes de potasio. En esencia, en este trabajo concluimos que la función de la calcineurina es relevante para la adaptación celular a situaciones de bajo potasio (incluso en ausencia de estrés por sodio) y postulamos que el control transcripcional que ejerce sobre HAL5 podría ser relevante en la regulación de Trk1.