Physiological role of Na+/H+ antiporters in yeast cells

3 Abstract Yeast Saccharomyces cerevisiae belongs to important models for alkali-metal-cation homeostasis research. As other cells, certain intracellular content of K+ is necessary for S. cerevisiae, but Na+ or other alkali metal cations (Li+ , Rb+ ) are toxic for yeast cells. Uniporters Trk1 and Trk2 are responsible for K+ accumulation, while efflux of Na+ , Li+ , Rb+ and K+ is ensured by Ena ATPases, Na+ (K+ )/H+ antiporter Nha1 and K+ specific channel Tok1. Several regulators of K+ (Na+ ) transporters are already known, but reciprocal regulation between transporters and overall picture of the maintenance of alkali-metal-cation homeostasis is still unclear. In this work, K+ circulation (simultaneous uptake and export of K+ ) was shown to be important in alkali-metal-cation homeostasis maintenance. K+ circulation is maintained using reciprocal regulation and interactions between K+ exporters and importers. Though obtained results showed that the alkali-metal-cation homeostasis and associated physiological parameters (e.g. membrane potential, cell size, salt sensitivity) are strain specific, Nha1p was verified to be important for cell survival in ever-changing natural environment. Furthermore, two novel positive regulators of Nha1p activity were found, 14-3-3 proteins and Cka1 kinase. 14-3-3 proteins...3 Abstrakt Kvasinky Saccharomyces cerevisiae patří k důležitým modelům při studiu homeostase iontů alkalických kovů. Stejně jako v jiných buňkách je pro S. cerevisiae nezbytné udržení určité koncentrace K+ uvnitř buněk, na druhou stranu Na+ a další ionty alkalických kovů jsou pro buňky toxické. K+ je akumulován pomocí uniporterů Trk1 a Trk2, zatímco export toxických iontů alkalických kovů, a také nadbytečného K+ , je zajištěn ATPasami Ena, Na+ (K+ )/H+ antiporterem Nha1 a K+ selektivním kanálem Tok1. Ačkoli jsou jednotlivé transportery poměrně dobře prozkoumány, není dosud mnoho známo o celkové regulaci homeostase iontů alkalických kovů ani o vzájemné interakci a regulaci mezi jednotlivými transportery. V rámci této práce byl studován antiporter Nha1 a jeho fyziologické úlohy v kontextu ostatních transporterů iontů alkalických kovů. Ukázalo se, že nejen Nha1p, ale také další exportery, ATPasy Ena a kanál Tok1, jsou, přes jejich výraznou odlišnost v mechanismu transportu i způsobu regulace, regulovány společně změnou aktivity importerů K+ a to prostřednictví membránového potenciálu. Vzájemná regulace a funkční propojení importerů a exporterů K+ , ale také další výsledky poprvé ukázaly, jak velice důležitá je neustálá cirkulace K+ , tedy současný vstup a výstup K+ , pro udržování homeostase iontů alkalických...Department of BiochemistryKatedra biochemieFaculty of SciencePřírodovědecká fakult