Nuevos elementos reguladores y funciones celulares de la proteína fosfatasa Ppz1 en la levadura Saccharomyces cerevisiae

Abstract

Las proteínas Ppz1 y Ppz2 de Saccharomyces cerevisiae son Ser/Thr fosfatasas involucradas en diferentes procesos celulares, tales como el mantenimiento de la integridad celular, la tolerancia salina y la regulación del ciclo celular en la transición G1/S. La mayor parte de los fenotipos asociados con la ausencia o la sobreexpresión de las fosfatasas Ppz son la consecuencia de la inhibición que ejercen estas fosfatasas sobre los transportadores de potasio de alta afinidad Trk1/2. En las primeras fases de este trabajo, sólo se había identificado una subunidad reguladora para estas fosfatasas, la proteína Hal3, y aunque el mecanismo mediante el cual ejerce esta inhibición se desconocía, sí se había descrito que esta proteína actúa como inhibidora de Ppz1 y Ppz2 en todas las funciones conocidas de Ppz1 <br/>En este trabajo presentamos nuevas dianas biológicas de las fosfatasas Ppz, como son la vía de calcio/calcineurina y el sistema de transporte de potasio de baja afinidad. En primer lugar, describimos que células que carecen de Ppz1 son hipertolerantes a altas concentraciones de sodio o litio debido a un incremento en la expresión del gen ENA1, que codifica el componente principal para la tolerancia salina en la levadura. Este efecto en la expresión de ENA1 es independiente de Trk1/2 pero totalmente dependiente de la vía de señalización de la fosfatasa calcineurina, sugiriendo así que Ppz1 inhibe, directa o indirectamente, la actividad de la calcineurina. Respecto a esta función, demostramos que Ppz1 actúa como un regulador negativo de la entrada de calcio que tiene lugar a través de la membrana plasmática. Por otro lado, células que carecen de Ppz1/2 y Trk1/2 necesitan más potasio para sobrevivir que células que carecen sólo de los transportadores de potasio de alta afinidad, hecho que sugiere que las fosfatasas Ppz son reguladores positivos de la entrada de potasio de baja afinidad Trk-independiente.<br/>También hemos identificado una segunda subunidad reguladora de las fosfatasas Ppz, denominada Vhs3. Vhs3 actúa inhibiendo las fosfatasas Ppz de igual modo a como lo hace su homólogo Hal3, aunque este último parece ser más eficiente. Además, demostramos que Hal3/Vhs3 participan en el proceso celular de la floculación. Ambas regulan negativamente la vía de señalización de la PKA que, a través de la activación del factor de transcripción Flo8, induce la expresión de la floculina Flo11 causando la floculación. Este efecto es dependiente de las fosfatasas Ppz y podría ser explicado por la regulación negativa que ejercen éstas sobre los transportadores de potasio Trk1/2.<br/>Finalmente, demostramos que Vhs3 y Hal3, que presentan homólogos en plantas y mamíferos, están involucradas en una función esencial que es independiente de su papel sobre Ppz1/2, ya que el doble mutante hal3 vhs3 y el cuádruple mutante hal3 vhs3 ppz1 ppz2 son letales mientras que el mutante ppz1 ppz2 no lo es. Además, la letalidad de la cepa hal3 vhs3 se suprime por la sobreexpresión de otros homólogos de Hal3, como es el caso de AtHal3a de Arabidopsis thaliana, sugiriendo que las funciones de Hal3 y Vhs3 Ppz-independientes están conservadas en otros eucariotas. Experimentos in vitro revelan que la proteína Hal3 de plantas (AtHal3a) cataliza uno de los pasos de la biosíntesis de coenzima A y que para ello requiere de dos residuos: la His90 y la Cys175. Aunque Vhs3 y Hal3 conservan el residuo histidina, no conservan el residuo equivalente a la Cys175, por tanto, no es evidente que esta nueva función sea participar en la síntesis de CoA.

The Saccharomyces cerevisiae Ppz1 and Ppz2 are Ser/Thr protein phosphatases involved in several cell processes, such as maintenance of cell integrity, salt tolerance and regulation of cell cycle at the G1/S transition. Most of the phenotypes associated with the absence or the overexpression of the Ppz phosphatases are the consequence of the inhibition that these phosphatases exert on the Trk1/2 high-affinity potassium transporters. At the early steps of this work, only one regulatory subunit of these phosphatases, Hal3, have been identified and, although its specific mechanism of function is still unknown, it has been described that this protein acts as an inhibitor of Ppz1 and Ppz2 for all the known functions of Ppz1.<br/>In this work we report evidences about the existence of other biological targets of the Ppz phosphatases, such as the calcium/calcineurin pathway and the low-affinity potassium uptake. First, we describe that cells lacking Ppz1 are hypertolerant to high concentrations of sodium or lithium due to an increased expression of the ENA1 gene, which codifies the major determinant for salt tolerance in yeast. This effect on ENA1 expression is independent of Trk1/2 but is fully dependent on the calcineurin pathway and suggests that Ppz1 inhibits, either directly or indirectly, the calcineurin activity. Concerning to this function, we reveal that Ppz1 acts as a negative regulator of the calcium import across the plasma membrane. On the other hand, cells lacking Ppz1/2 and Trk1/2 need more potassium than cells lacking only the high-affinity potassium transporters to survive, suggesting that the Ppz phosphatases are positive regulators of the Trk-independent low affinity potassium uptake.<br/>We also identify a second regulatory subunit of the Ppz phosphatases, named Vhs3. Vhs3 functions inhibiting the phosphatases Ppz, essentially as its homolog Hal3 does, although the last one seems to work more efficiently. In addition, we demonstrate that Hal3/Vhs3 proteins play a role in the flocculation process. They negatively regulate the PKA signalling pathway which, through the activation of the transcription factor Flo8, induces the expression of the Flo11 flocculine causing the flocculation. This effect is dependent on the Ppz phosphatases and could be explained by their inhibitory activity on Trk1/2. <br/>Finally, we demonstrate that Vhs3 and Hal3, which have homologs in both plants and mammals, are involved in an essential function that is independent of their role in regulating Ppz1/2, as the double mutant hal3 vhs3 and the hal3 vhs3 ppz1 ppz2 are lethal whereas the ppz1 ppz2 is not. The lethality of the hal3 vhs3 strain is suppressed by overexpression of other Hal3 homologs, such as the AtHal3a in Arabidopsis thaliana, suggesting that the Ppz-independent functions of Hal3 and Vhs3 are conserved in eukaryotes. In vitro experiments revealed that the plant Hal3 (AtHal3a) is involved in one step of the coenzyme A biosynthesis and that there are two residues completely necessary for this function: His90 and Cys175. Vhs3 and Hal3 have the histidine equivalent to His90, but neither of them possesses the equivalent Cys175 suggesting that the yeast homologs could not be involved in the biosynthesis of CoA.