Modulació de l'estabilitat dels mRNAs en resposta a diversos estressos ambientals en Saccharomyces cerevisiae

Resumen

Les cèl·lules reaccionen front els estressos ambientals a través de respostes múltiples que ocorren anivell transcripcional i posttranscripcional, per tal d'adaptar-se a les noves condicions i contrarestar elspossibles danys causats per l'estrès. En aquest treball s'analitzen les respostes a estrès tèrmic i oxidatiu deSaccharomyces cerevisiae mitjançant la determinació en paral·lel dels nivells d'mRNA (RA) i de les taxesde transcripció (TR) mitjançant la tècnica de Genomic Run-On (GRO) per a cada gen individual a escalagenòmica. A més, s'utilitza un algoritme matemàtic adaptat a situacions dinàmiques, com és la resposta aestrès, per a calcular les taxes de degradació teòrica dels mRNAs (TD) a partir de les dades experimentalsde TR i RA. Els gens del llevat han estat classificats en diferents grups per homologies de perfils de lescinètiques de TR i RA, resultant distribuïts en 16 i 25 grups en resposta a xoc per calor i a estrès oxidatiu,respectivament. A més, es calcula la mitjana de TD per a cada grup. Aquestes dades prediuen modulacionscausades per la contribució de la TD en els patrons d'expressió de la majoria dels trànscrits. Els resultatsobtinguts mostren dues tendències oposades: una desestabilització general dels mRNA en la resposta aestrès oxidatiu i una estabilització global durant la resposta a l'estrès tèrmic. Malgrat això, en ambdósestressos, un 25% dels gens induïts transcripcionalment no augmenten els seus nivells d'mRNA. Aquestamanca de paral·lelisme prediu canvis importants en l'estabilitat de l'mRNA. Una resposta comuna és larepressió i la forta desestabilització predita en els mRNAs codificants per proteïnes ribosomals i enzimsprocessadors d'rRNA. D'altra banda, la majoria dels mRNAs del proteosoma s'indueixen en els dosestressos i, tot i que aquests s'estabilitzen arran de l'estrès per calor, no ho fan en resposta a l'oxidatiu, fetque suggereix que els canvis en la TD dels mRNAs en resposta a un estrès provoquen diferentsmodulacions específiques sobre l'RA d'aquest grup de gens. Hem confirmat les prediccions matemàtiquesper a alguns gens de diversos grups determinant experimentalment les TDs dels mRNAs emprant elpromotor regulable tetO. Aquest estudi indica que les respostes a estrès en cèl·lules de llevat estancondicionades no només per la transcripció dels gens, sinó també per la dinàmica de la TD dels mRNAs.Les nostres anàlisis GRO permeten observar que, arran d'un estrès oxidatiu, els gens del sistemad'alta afinitat d'adquisició de ferro controlat pel transactivador Aft1 s'indueixen transcripcionalment. Deforma paral·lela, es demostra que Aft1 s'internalitza transitòriament al nucli. En aquestes condicions, elsnivells d'mRNA dels gens de la via no reductiva augmenten, mentre que els trànscrits de la via reductivamediada pel complex Ftr1/Fet3 es mantenen baixos, a causa de la desestabilització del seu mRNA. Enconseqüència, els seus nivells de proteïna també són baixos. La degradació d'aquests mRNAs ocorre per lavia general 5'-3' i és independent de la proteïna d'unió a RNA Cth2. En concordança, les cèl·lules de llevatsón hipersensibles als peròxids quan l'única via funcional d'assimilació de ferro és la via reductiva. Percontra, el peròxid no afecta el creixement quan l'adquisició de ferro es produeix exclusivament a través dela via no reductiva. Això reforça la idea que, en estrès oxidatiu, les cèl·lules d'S. cerevisiae redirigeixenl'assimilació de ferro a través de la via no reductiva per minimitzar el dany oxidatiu dels ions ferrosos.