Regulación Transcripcional de la respuesta al estrés en la levadura Saccharomyces cerevisiae. Papel de los factores transcripcionales Msn2p y Msn4p.

RESUMEN Los genes MSN2 y MSN4 de la levadura Saccharomyces cerevisiae fueron aislados como supresores en multicopia de mutaciones termosensibles en el gen de la proteína quinasa Snf1p, necesaria para la desrepresión de genes reprimidos por catabolito. Las proteínas Msn2p y Msn4p están funcionalmente relacionadas. Ambas contienen dos dedos de cinc del tipo Cys2-His2, que guardan una gran similitud con los encontrados en las proteínas de Respuesta Temprana al Crecimiento de mamíferos, la proteína del tumor de Wilms, y el represor de levadura Mig1p. Msn2p y Msn4p son capaces de actuar como activadores transcripcionales, pero cuando se inició este trabajo se desconocía su función fisiológica. Durante la caracterización fenotípica del doble mutante msn2 msn4 se observó que esta cepa era sensible a la ausencia de fuente de carbono. Al extender el estudio a otras condiciones de estrés severo, como el estrés térmico, el estrés osmótico o el estrés oxidativo, se observó en todos los casos una mayor sensibilidad de la cepa mutante respecto a la cepa silvestre. Por el contrario, la sobre-expresión de los genes MSN2 y MSN4 produce un aumento de la resistencia celular a las condiciones de estrés. En la cepa msn2 msn4 se encontraron defectos en la expresión de genes de respuesta a estrés, como HSP12, HSP26, CTT1 y DDR2. Estos genes tienen en común la presencia en sus promotores de varios Elementos de Respuesta General a Estrés (STRE). En Saccharomyces cerevisiae, el elemento STRE (consenso: CCCCT ó AGGGG) puede mediar la activación transcripcional en respuesta a múltiples estreses, entre ellos el choque térmico, el estrés osmótico, el estrés oxidativo, el pH ácido, la presencia de ácidos débiles, o el ayuno de fuente de carbono o nitrógeno. Al analizar la expresión regulada por STRE, mediante una fusión STRE-LEU2-lacZ, en el mutante msn2 msn4, se pudo comprobar que en ausencia de las proteínas Msn2p y Msn4p los niveles de expresión basal vía STRE están muy reducidos, y la activación transcripcional en diversas condiciones de estrés se encuentra prácticamente abolida. Por otra parte, la sobre-expresión de los genes MSN2 y MSN4 produce activación de la expresión dependiente de STRE incluso en condiciones de ausencia de estrés. Msn2p y Msn4p se requieren para una correcta regulación de la respuesta mediada a través de este elemento. Se demostró que estas proteínas se unen directamente al elemento STRE mediante la técnica de retardo en gel: las proteínas Msn2p y Msn4p, purificadas o presentes en extractos totales de proteína, se unen in vitro, de forma específica, a elementos STRE presentes en oligonucleótidos sintéticos. Además, mediante análisis de footprinting in vivo con DMS se demostró que existe unión in vivo de estas proteínas a los elementos STRE presentes en diversos promotores de Saccharomyces cerevisiae. Por ello proponemos que Msn2p y Msn4p son los Factores de Unión a STRE (STRF), que no habían sido identificados con anterioridad. En el segundo capítulo de este trabajo analizamos las causas de un hecho observado en la cepa silvestre W303-1A. La transferencia brusca de células silvestres en fase exponencial de crecimiento en glucosa a un medio con rafinosa produce una larga parada del crecimiento, durante el cual las células no son capaces de sintetizar suficiente cantidad de invertasa. Se demostró que durante las primeras horas de cambio de medio, aunque el gen que codifica la invertasa, SUC2, se desreprime normalmente, la privación brusca de glucosa produce en las células de levadura un bloqueo de la traducción, el cual impide que se exprese el enzima. En este proceso no parecen estar implicadas la proteína quinasa dependiente de AMP cíclico ni la proteína quinasa Gcn2p. __________________________________________________________________________________________________The Saccharomyces cerevisiae genes MSN2 and MSN4 encode homologous and functionally redundant Cys2Hys2 zinc finger proteins. A disruption of both MSN2 and MSN4 genes results in a higher sensitivity of yeast cells to different stresses, including carbon source starvation, heat shock and severe osmotic and oxidative stresses. In this work we show that Msn2p and Msn4p are required for the activation of several yeast genes such as CTT1, HSP104, DDR2 and HSP12, whose induction is mediated through stress-response elements (STREs). Msn2p and Msn4p are important factors for the stress-induced activation of STRE dependent promoters and bind specifically to STRE-containing oligonucleotides. Moreover, by in vivo footprinting we demonstrate that Msn2p and Msn4p bind in vivo to the STREs present in several stress gene promoters. We propose that Msn2p and Msn4p are the previously unknown STRE binding factors, or STRFs. In the second chapter of this work we analyse the causes of an experimentally observed fact: expression of invertase in the yeast Saccharomyces cerevisiae is greatly delayed when derepression occurs in a medium that lacks a usable carbon source. The delay is not a consequence of defects in the transcription of the SUC2 gene but is due to the impossibility of translating the normal levels of mRNA generating under derepressing conditions. In the absence of glucose a complete inhibition of translation occurs, and this causes the lag time before the new carbon source can be used, even if the mRNAs of glucose-repressible genes are transcripted early