Mig2, una proteína bifuncional de levadura implicada en la regulación de la represión por glucosa y en la fusión mitocondrial

Abstract

En Saccharomyces cerevisiae, la represión por glucosa afecta a genes que codifican enzimas relacionados con la respiración o con el uso de fuentes de carbono alternativas, mientras que la inducción por glucosa estimula la transcripción de enzimas glicolíticos y genes que codifican para sus transportadores, posibilitando su utilización. La proteína Mig1 es un factor transcripcional fundamental en la represión de aquellos genes implicados en la utilización de fuentes de carbono alternativas, que codifican para enzimas gluconeogénicos e implicados en la respiración. El gen SUC2 se ha utilizado de forma tradicional como modelo en la represión por glucosa, ya que se regula de forma exclusiva a través de esta vía. Mig1 reprime la expresión de SUC2 en alta glucosa, condición en la que el microorganismo no precisa el enzima invertasa. Cuando la concentración del monosacárido disminuye, SUC2 se desreprime y los niveles de invertasa se elevan. Aunque Mig1 es un represor crucial para la regulación de SUC2, no realiza su papel en solitario, sino formando parte de un complejo represor integrado por varias proteínas. En concreto, se ha demostrado la participación del enzima Hxk2, el complejo Snf1 y el represor Mig2, entre otros factores. La proteína Mig2 en S. cerevisiae ha sido descrita como un factor transcripcional implicado en la regulación por glucosa de genes relacionados con la utilización de fuentes de carbono alternativas. Entre los promotores a los cuales se une esta proteína se encuentran los de GAL1 y SUC2. En el caso de SUC2, se ha descrito que tanto Mig1 como Mig2 son necesarios para llevar a cabo la represión de su expresión en condiciones de alta glucosa. El papel de la proteína Mig2 en el complejo represor del gen SUC2, por el momento, es poco conocido, barajándose la posibilidad de que actúe como un elemento redundante de Mig1 o complementando su función. En la presente tesis hemos analizado el papel de Mig2 en la represión por glucosa del gen SUC2, demostrando su participación tanto en alta como en baja glucosa, así como los factores que regulan la misma. Así mismo, hemos observado que la expresión de MIG2 se encuentra regulada, en presencia de glucosa, por un complejo represor formado por Mig1, el complejo Snf1 y el enzima Hxk2. Además, en este trabajo demostramos que Mig2 presenta una doble localización núcleo-citosólica dependiente de glucosa de tal manera que, en presencia de dicho monosacárido, Mig2 se acumula de forma mayoritaria en el núcleo, donde lleva a cabo su función como represor. En ausencia de glucosa, esta localización cambia de forma muy rápida, pasando a asociarse a la red mitocondrial. Así mismo, hemos analizado los mecanismos de importación y exportación de la proteína Mig2, demostrando que la ruta principal de importación está mediada por el dímero Kap60/Kap95. Además, hemos identificado dos secuencias NLSs implicadas en dicho transporte, siendo la NLS1 de Mig2 indispensable para su interacción con la importina Kap95. En cuanto al sistema de exportación, se han identificado tres posibles NESs pero la mutación individual de estas secuencias no impide la salida de Mig2 del núcleo. Aunque se ha demostrado la interacción de esta proteína con Xpo1, ésta no parece ser la ruta principal de exportación de Mig2 al citoplasma. La asociación de Mig2 a la red mitocondrial es dependiente de Ups1, proteína mitocondrial con la que interacciona de manera preferente en ausencia de glucosa. En cuanto a su papel mitocondrial, Mig2 parece estar implicado en el mantenimiento de la morfología mitocondrial, posiblemente, a través de la ruta de fusión. La ausencia de esta proteína no conlleva problemas en la segregación del mtDNA

In the yeast Saccharomyces cerevisiae, glucose repression affects genes encoding enzymes related to oxidative respiration or the use of alternative carbon sources, while glucose induction stimulates transcription of glycolytic enzymes and hexose transporter genes (HXT), allowing its use. The Mig1 protein is a transcription factor crucial in the repression of those genes involved in the use of alternative carbon sources, genes that encode gluconeogenic enzymes and oxidative respiration proteins. The SUC2 gene, which encodes invertase, has been used traditionally as a model for glucose repression, since its expression is controlled exclusively by this pathway. Mig1 represses SUC2 expression in high glucose, condition in which the organism does not require the enzyme invertase. When the concentration of the monosaccharide decreases, SUC2 repression is relieved and invertase level rises. Although Mig1 repressor is essential for SUC2 regulation, it does not carry out its role alone, but as part of a repressor complex integrated by several proteins. In particular, Hxk2, the Snf1 complex and the Mig2 repressor, among other factors, have been described as components of this complex. The Mig2 protein in S. cerevisiae has been described as a transcription factor involved in glucose regulation of genes required for the utilization of alternative carbon sources. Mig2 associates with several promoters, like GAL1 and SUC2, among others. SUC2 repression in high glucose is carried out by both repressors, Mig1 and Mig2. Little is known about the role of Mig2 in the SUC2 repressor complex; previous studies suggest that Mig2 is likely to act as a redundant element of Mig1 or complementing its function. In this doctoral thesis we analyzed the role of Mig2 in the repression of the SUC2 gene, providing evidence of its participation in both high and low glucose conditions. We have also observed that MIG2 expression is regulated in high glucose conditions by a repressor complex integrated by Mig1, Snf1, Snf4, Gal83 and Hxk2. In addition, this study showed that Mig2 has a double nuclear-cytosolic glucose-dependent location. In the presence of the monosaccharide, Mig2 mostly accumulates inside the nucleus, where it carries out its function as a repressor. In the absence of glucose, this location changes very quickly and Mig2 becomes associated with the mitochondrial network. We also have analyzed the importation and exportation mechanisms of Mig2, showing that the main route of importation is dependent of Kap60/Kap95 dimer. In addition, we have identified two putative NLSs involved in such transport, being one of them (Mig2NLS1) essential for the interaction with the importin Kap95. Regarding the exportation system, we identified three putative NESs, but the single mutation of one of them is not enough to prevent Mig2 exit from the nucleus. Although we have demonstrated Mig2/Xpo1 interaction, it does not seem to be the main route for Mig2 exportation to the cytoplasm. The Mig2 association with the mitochondrial network is Ups1-dependent; both proteins interact physically, showing a stronger interaction in the absence of glucose. About the mitochondrial role of Mig2, the protein is involved in mitochondrial morphology maintenance, possibly through the fusion route. However, the absence of this protein does not lead into mtDNA segregation problems