Oxidative stress in toxicity and signaling : Control of cysteine oxidation and reduction by the redoxin systems of fission yeast

Abstract

Schizosaccharomyces pombe, com tots els organismes aeròbics, requereix l’oxigen per viure i té que lidiar amb la conseqüent toxicitat associada dels productes derivats de l’oxigen. Per mantenir l’ambient intracel·lular, S. pombe té sistemes antioxidants que són activats de manera ràpida i reversible. Segons la severtitat de l’estrès sofert, S. pombe té dos importants rutes antioxidants, les vies Pap1 i Sty1, per nivells de peròxid d’hidrogen (H2O2) sub-tòxiques i tòxiques, respectivament. Aquestes cascades inclouen proteïnes sensores que contenen cisteïnes anomenades “thiol switches”, les qual poden “encendre i apagar” les seves activitats. Per aquest motiu, tots els components involucrats en les cascades de senyalització antioxidant han de ser reciclades per poder estar disponibles de nou. Amb aquesta finalitat, els sistemes de reducció, els sistemes tioredoxina i glutatió/glutaredoxina, tenen com a rol principal ser el sistema de “backup” de tots els components de la cascada redox de senyalització en resposta a l’H2O2 en llevats de fissió. Al llarg de la tesis he estudiat la importància d’una correcta activitat dels dos sistemes de reducció en el reciclatge de proteïnes “redox” per evitar toxicitat cel·lular i per assegurar una progressió normal del cicle cel·lular. D’altra banda, he caracteritzat com els llindars de tolerància a l’estrès oxidatiu són important per desencadenar una resposta de senyalització o de toxicitat en S. pombe.

Schizosaccharomyces pombe, as all aerobic organisms, needs oxygen to live and have to deal with the side effects of the toxicity associated to oxygen by-products. To maintain intracellular environment, S. pombe has antioxidant systems that are activated fast and in a reversible manner. Depending on the severity of the oxidative stress suffered, S. pombe has two main antioxidant response pathways, Pap1 and Sty1 pathways, for sub-toxic and toxic hydrogen peroxide (H2O2) levels, respectively. These cascades involve sensor proteins that contain cysteine residues called thiol switches, which can switch on and off their activities. Therefore, all the components involved in the antioxidant signaling cascades have to be recycled in order to be ready to act again. For these reason, the reduction systems, thioredoxin and glutathione/glutaredoxin systems, have an essential role as backup systems of the components of the H2O2 signaling redox relays in fission yeast. Along this thesis I have studied the importance of a proper activity of both reduction systems in the recycling of redox proteins to avoid cell toxicity and to assure a normal cell cycle progression. On the other hand, we characterized how thresholds of oxidative stress tolerance are important to trigger signaling or toxicity responses in S. pombe.