Bases moleculares del proceso de inducción génica por glucosa.

Abstract

Una característica esencial de la vida de todo organismo es la adaptación constante a los cambios que tienen lugar en su entorno. Para ello, esas variaciones ambientales deben ser leídas y traducidas en respuesta fisiológica. De ahí que, los organismos hayan desarrollado diversos mecanismos de integración, de amplificación y de mantenimiento de la señal del medio. La naturaleza de los mecanismos de señalización y respuesta celular varía en función de la complejidad del organismo. Sin embargo, se puede decir que el aspecto básico de toda adaptación es de carácter universal, en el que se pueden distinguir tres grandes etapas: 1) la lectura de la señal propiciada por el entorno, 2) la transmisión de la señal recibida y, 3), la respuesta celular. Al final toda respuesta celular implica un cambio intracelular basado en el control de la expresión génica y/o actividad de proteínas, cuya función permite adecuar el metabolismo celular a las necesidades de cada momento. <br/><br/>La tesis aquí presentada se centra en el mecanismo de señalización por glucosa. La glucosa es la principal fuente de carbono y de energía para la mayoría de los organismos. Además de ser nutriente se puede considerar a la glucosa como una "hormona de crecimiento", ya que regula varios aspectos del crecimiento, metabolismo y desarrollo celular. Para llevar a cabo dicho estudio hicimos uso de la levadura Saccharomyces cerevisiae.<br/><br/>En S. cerevisiae la presencia de glucosa modula distintos procesos celulares. La regulación del metabolismo supone controlar las rutas implicadas a distintos niveles: a corto plazo se modifica la actividad de distintas proteínas, como es el caso de la inactivación por catabolito de los transportadores de galactosa y maltosa; mientras que a largo plazo se producen cambios en la actividad transcripcional. La glucosa en S. cerevisiae regula la expresión génica mediante dos rutas diferentes denominadas ruta de inducción y ruta de represión. Mediante la ruta de represión se inactiva la expresión génica de un gran número de genes tales como los genes responsables de la utilización de otras fuentes de carbono distintas a la glucosa, de la gluconeogénesis y la respiración. Por el contrario, mediante la ruta de inducción se activan los genes responsables de la utilización de la glucosa, tales como genes que codifican para enzimas glicolíticos y transportadores de glucosa, HXTs. <br/><br/>Para estudiar la señalización por glucosa estudiamos la regulación de la expresión génica del transportador de glucosa de baja afinidad, HXT1, de S. cerevisiae, cuyo sistema de expresión se considera modelo de inducción génica por glucosa.<br/> Los resultados obtenidos demuestran que la regulación por glucosa de la expresión del transportador de glucosa de baja afinidad, HXT1, de S. cerevisiae se realiza a través de al menos tres mecanismos de señalización diferentes: el sistema de inducción génica por glucosa, la ruta TOR, ruta de señalización de nutrientes a través de los homólogos a las proteínas 14-3-3, y la ruta HOG, ruta de respuesta a estrés osmótico. La acción coordinada de dichos mecanismos modula la actividad transcripcional sobre el gen HXT1, permitiendo finalmente que el gen se exprese ante la presencia de glucosa. <br/>Por tanto, la regulación de HXT1 es un ejemplo más de cómo se interrelacionan distintos procesos celulares para adecuar el metabolismo celular según las necesidades.<br/><br/>TOR ("target of rapamycin").<br/>HOG ( High osmolarity glycerol signal transduction pathway ).

Sensing nutrients is a fundamental requisite for all living cells. For most eukaryotic cells glucose is a major source of energy, having significant and varied effects on cell function. Maintaining glucose homoeostasis is consequently of great importance to many organisms. Interest in identifying mechanisms by which cells sense and respond to variations in glucose concentration has increased lately. Glucose regulates genes in all cells by mechanisms which have been conserved throughout evolution. The consensus is that glucose could act on target cells either by binding to a receptor at the cell surface, or through its metabolism. The aim of this thesis is to elucidate the mechanism involved in glucose sensing in the yeast Saccharomyces cerevisiae.<br/>Yeast cells prefer glucose as carbon source and have evolved mechanisms for sensing and responding to wildly fluctuating levels of extracellular glucose. These mechanisms involve a large family of hexose transporters (HXT proteins) and the glucose transporter homologues Snf3 and Rgt2. Snf3 and Rgt2 are glucose-sensing proteins at the plasma membrane with no detectable transport activity. They sense the extracellular glucose and generate an intracellular glucose signal that triggers the induction of HXT gene expression.<br/><br/>Expression of HXT1, a gene encoding a Saccharomyces cerevisiae low-affinity glucose transporter, is regulated by glucose availability, being activated in the presence of glucose and inhibited when the levels of the sugar are scarce. In this study we show how glucose regulate HXT1 expression, and how glucose requires at least the coordinated action of three different mechanisms of signalling: glucose signalling pathway, osmotic stress signalling (HOG pathway) and nutrient-signalling (TOR pathway) .