Nutrient availability regulates cell cycle through a Pho85 CDK-dependent control of Cln3 cyclin stability

Abstract

Cell cycle control by trophic factors has a key role in regulation of cell proliferation in all organisms. Nutrients are one of these important factors needed by cells to reproduce, so very well regulated mechanisms must exist that connect nutrient availability to cell cycle. Hence the importance on studying how exactly nutrient-dependent signaling pathways work. Cln3, the most upstream G1 cyclin in Saccharomyces cerevisiae, is one well demonstrated common effector of multiple nutrient-dependent signaling pathways. Moreover, its role in cell cycle is crucial. So it is a good candidate to regulate cell cycle progression in response to nutrient availability. One important question is to find the protein that could directly modulate Cln3 levels in response to nutrient availability. This protein could play as a nutrient sensor and as a cell cycle regulator at the same time. In the present thesis, Pho85 is founded to be the protein that could run these two highly different tasks, because of its well-characterized properties on sensing phosphate availability and the well-known functions on modulating cell cycle as CDK. The results of the present work clearly demonstrate that when phosphate is present, Pho85 regulates Cln3 levels by increasing the stability of the cyclin through specific phosphorylations, promoting cell cycle progression. Contrary, under phosphate depletion conditions, Pho85 become inactive and Cln3 is rapidly degraded, leading to a cell cycle arrest in order to maintain cell chronological lifespan.

El control del cicle cel•lular per factors tròfics té un paper important en la proliferació cel•lular de tots els organismes. Els nutrients són uns d’aquests factors importants requerits per les cèl•lules per reproduir-se, per tant deuen existir mecanismes molt ben regulats que connecten la disponibilitat de nutrients amb el cicle cel•lular. Per això, l’estudi de com funciona la senyalització cel•lular de nutrients i com afecta a la progressió del cicle és altament rellevant. Cln3, la ciclina de G1 més primerenca a Saccharomyces cerevisiae, és un efector comú de múltiples vies de senyalització de nutrients. A més, el seu paper en el cicle cel•lular és crucial. Per tant aquesta proteïna és una bona candidata per regular la progressió del cicle cel•lular en resposta a la disponibilitat de nutrients. Una qüestió important a resoldre és trobar la proteïna que podria modular directament els nivells de Cln3 depenent de la presència de nutrients. Aquesta proteïna actuaria com a sensor de nutrients i com a reguladora del cicle cel•lular alhora. A la present tesi, es mostra a Pho85 com la proteïna que pot fer aquestes dues tasques, tant per les seves propietats ben conegudes en la detecció de fosfat, com per les seves funcions de CDK modulant el cicle cel•lular. Els resultats d’aquesta tesi demostren clarament que quan el fosfat és present, Pho85 modula els nivells de Cln3 incrementant l’estabilitat de la ciclina mitjançant fosforilacions específiques, promovent la progressió del cicle cel•lular. Per altra banda, sota condicions de manca de fosfat, Pho85 esdevé inactiva i Cln3 és degradada ràpidament, conduint a un arrest del cicle cel•lular per mantenir la longevitat de la cèl•lula.

El control del ciclo celular por factores tróficos tiene un papel importante en la proliferación celular de todos los organismos. Los nutrientes son uno de estos factores importantes requeridos por las células para reproducirse, por lo tanto deben existir mecanismos muy bien regulados que conecten la disponibilidad de nutrientes con el ciclo celular. Por ello, el estudio de cómo funciona la señalización celular de nutrientes y cómo afecta a la progresión del cicle es altamente relevante. Cln3, la ciclina de G1 más temprana en Saccharomyces cerevisia, es un efector común de múltiples vías de señalización de nutrientes. Además, su papel en el ciclo celular es crucial. Por lo tanto esta proteína es una buena candidata para regular la progresión del ciclo celular en respuesta a la disponibilidad de nutrientes. Un tema importante a resolver es encontrar la proteína que podría modular directamente los niveles de Cln3 dependiendo de la presencia de nutrientes. Esta proteína actuaría como sensor de nutrientes y como reguladora del ciclo celular. En la presente tesis, se muestra a Pho85 como la proteína que puede hacer estas dos tareas, tanto por sus propiedades bien conocidas en la detección de fosfato, como por sus funciones de CDK modulando el ciclo celular. Los resultados de esta tesis demuestran claramente que cuando el fosfato está presente, Pho85 modula los niveles de Cln3 incrementando la estabilidad de la ciclina mediante fosforilaciones específicas, promoviendo la progresión del ciclo celular. Por otro lado, bajo condiciones de ausencia de fosfato, Pho85 es inactivada y Cln3 se degrada rápidamente, conduciendo a una parada del ciclo celular para mantener la longevidad de la célula.