Control of transcription by the stress activated Hog1 kinase

Abstract

A fundamental property of living cells is the ability to sense and robustly respond to fluctuations in their environment. In budding yeast (Saccharomyces cerevisiae) changes in extracellular osmolarity are sensed by the HOG pathway, which evokes the program for cell adaptation required for cell survival. The aim of this thesis was to further characterize the molecular mechanisms by which Hog1 regulates gene expression upon osmostress. A genome-wide genetic screen lead to the identification of several activities required for regulation of gene expression. Here we describe the characterization of a novel substrate for the SAPK whose activity is required for proper transcription initiation and elongation in response to stress. This thesis also aimed to globally characterize the role of Hog1 in reprogramming the transcriptome of S. cerevisiae under osmostress conditions. By the combination of molecular approaches coupled to genome-wide techniques (ChIP-seq, MNase-seq and Tiling arrays) we have been able to fully characterize the localization of the key components that drive osmoresponsive transcription, providing for the first time a complete picture of the transcription process. The high resolution of the genome-wide approaches, has allowed us to identify new transcriptional roles for the SAPK such as the targeting of RNA Pol III machinery, and the regulation of a novel class of functional long noncoding RNAs (lncRNA). In summary, results presented in this thesis provide novel insights into the mechanisms by which the Hog1 SAPK modulates gene expression.

Una propietat cel·lular fonamental és l’habilitat de detectar i respondre de forma robusta a les fluctuacions en el seu entorn. En cèl·lules de llevat (Saccharomyces cerevisiae), els canvis en l’ osmolaritat extracel·lular són detectats per la via de senyalització de HOG, que coordina el procés d’adaptació cel·lular imprescindible per sobreviure a un estrès osmòtic. L’objectiu d’aquest estudi és identificar i caracteritzar els mecanismes moleculars utilitzats per Hog1 per regular l’expressió gènica en resposta a estrès osmòtic. Fent servir un crivatge genètic a gran escala dissenyat per identificar activitats necessàries per la regulació de l’expressió gènica en resposta a estrès osmòtic, hem identificat un nou substrat de Hog1, l’activitat del qual és requereix tan per la iniciació com l’ elongació de la transcripció. En aquest treball també ens hem centrat en caracteritzar el paper global de Hog1 en la reorganització del transcriptoma de S. cerevisae en condicions d’ estrès osmòtic. Mitjançant la combinació de tècniques moleculars amb tècniques de seqüenciació (ChIP-seq, MNase-seq, Tiling arrays) hem definit el posicionament en el genoma dels components claus que regulen la transcripció, oferint per primera vegada una visió general del procés de transcripció en resposta a estrès osmòtic L’alta resolució d’aquestes tècniques ens ha permès identificar noves dianes transcripcionals de Hog1, com és la regulació d’una altra maquinària transcripcional (RNA Pol III) i la regulació de la transcripció de una nova classe de RNAs no codificants (lncRNAs). En conjunt, els resultats presentats en aquesta tesi proporcionen una nova visió dels mecanismes per els quals Hog1 modula l’expressió gènica