Influència de la disponibilitat i hormesi del ferro i la glucosa en l’autofàgia i la vida cronològica en Saccharomyces cerevisiae

Abstract

El ferro és un metall essencial per a tots els tipus cel·lulars. Aquest metall participa en diversos processos metabòlics com en la respiració mitocondrial dins la cadena de transport electrònic, la síntesi de proteïnes, lípids i ribosomes, així com en la biosíntesi i reparació del DNA, entre altres. La falta de ferro provoca problemes de salut en éssers humans com l’anèmia ferropènica, malalties cardiovasculars i està relacionada amb alteracions neurològiques així com en el càncer de mamà, entre d’altres. En aquesta tesi es demostra que la manca de ferro causa en Saccharomyces cerevisiae la inactivació del complex TORC1 i indueix l’activació de la macroautofàgia, resposta que afavoreix al reciclatge d’aquest metall. Així com es presenten evidències que demostren que el senyal de depleció de ferro requereix l’activitat de TORC2/Ypk1 (ortòlegs de mTORC2/Sgk1 en cèl·lules humanes) per aconseguir la subseqüent inactivació de TORC1 induint la defosforilació d’Atg13 i l’autofosforilació activatoria d’Atg1, activant així l’autofàgia generalitzada. Restablir els nivells de ferro intracel·lulars causa la reducció del flux autofàgic a través de l’AMPK Snf1 i la subseqüent activació del factor de transcripció del reguló del ferro, Aft1. Aquest senyal convergeix en la hiperfosforilació d’Atg13 mitjançada per TORC1. La limitació de ferro promou l’entrada de les cèl·lules en quiescència, que juntament amb l’activació de l’autofàgia, contribueixen a l’extensió de la vida cronològica de les cèl·lules de S. cerevisiae. Els resultats que es mostren en aquest estudi demostren que TORC2/Ypk1 són necessaris per a la localització d’Aft1 al nucli com a resposta a la depleció de ferro. Aquesta senyalització requereixen la presència d’esfingolípids, concretament dels esfingolípids complexos. Aquests resultats atorguen un nou rol als esfingolípids que mitjançant la regulació de TORC2/Ypk1 garanteixen la correcta localització i activitat d’Aft1 en resposta a la manca de ferro. Les fonts de carboni tenen un paper fonamental en el metabolisme de S. cerevisiae i afecten la seva supervivència. Mtl1 és un receptor de la paret cel·lular que forma part de la via CWI que està relacionat amb la senyalització de la concentració de glucosa i estrès oxidatiu. El receptor Mtl1 és essencial per censar la disminució en la concentració de glucosa i transmetre el senyal cap a la repressió de les activitats Ras2 i Sch9 que repercuteix en l’activació de l’autofàgia generalitzada. La funció de Mtl1 en la repressió de Ras2 i Sch9 també és important en la senyalització de la degradació específica de les mitocòndries a través d’un procés d’autofàgia durant la fase estacionària, d’una manera totalment dependent d’Atg33 i Atg11. Aquests resultats reforcen la importància del receptor Mtl1 en els processos de senyalització que responen al dèficit de glucosa en S. cerevisiae.

El hierro es un metal esencial para todos los tipos celulares. Este metal participa en diversos procesos metabólicos, como la respiración mitocondrial, la síntesis de proteínas, lípidos y ribosomas, así como en la biosíntesis y reparación del DNA, entre otros. El déficit de hierro conlleva problemas de salud en los seres humanos, como la anemia ferropénica, enfermedades cardiovasculares, alteraciones neurológicas, así como con el cáncer de mama, entre otros. En esta tesis se demuestra que la falta de hierro induce, en Saccharomyces cerevisiae, la inactivación del complejo TORC1 y promueve la activación de la macroautofagia. Asimismo, se presentan evidencias que demuestran que la señal de depleción de hierro requiere la actividad de TORC2/Ypk1 (ortólogos de mTORC2/Sgk1 en células humanas) para lograr la inactivación de TORC1, induciendo la defosforilación de Atg13 y la autofosforilación de Atg1, activando así la autofagia. Restablecer los niveles de hierro intracelular provoca la reducción del flujo autofágico a través de la AMPK Snf1 y la subsecuente activación del factor de transcripción del regulón del hierro, Aft1. Esta señal converge en la hiperfosforilación de Atg13 mediada por TORC1. La limitación de hierro promueve la entrada de las células en quiescencia, que,junto con la activación de la autofagia, contribuyen a la extensión de la vida cronológica de las células de S. cerevisiae. Los resultados presentados en este estudio demuestran que TORC2/Ypk1 son necesarios para la localización de Aft1 en el núcleo como respuesta a la depleción de hierro. Esta señalización requiere la presencia de esfingolípidos, concretamente de los esfingolípidos complejos. Estos resultados otorgan un nuevo papel a los esfingolípidos que, mediante la regulación de TORC2/Ypk1, garantizan la correcta localización y actividad de Aft1 en respuesta a la depleción de hierro. Las fuentes de carbono desempeñan un papel fundamental en el metabolismo de S. cerevisiae. Mtl1 es un receptor de la pared celular que forma parte de la vía CWI y está relacionado con la señalización de la concentración de glucosa y el estrés oxidativo. El receptor Mtl1 es esencial para detectar la disminución en la concentración de glucosa y transmitir la señal hacia la represión de las actividades de Ras2 y Sch9, lo que repercute en la activación de la autofagia generalizada. La función de Mtl1 en la represión de Ras2 y Sch9 además es importante en la señalización de la degradación específica de las mitocondrias a través de un proceso de autofagia durante la fase estacionaria, de una manera totalmente dependiente de Atg33 y Atg11. Estos resultados refuerzan la importancia del receptor Mtl1 en los procesos de señalización que responden al déficit de glucosa en S. cerevisiae.

Iron is an essential metal for all cell types. This metal participates in various metabolic processes such as mitochondrial respiration, protein, lipid, and ribosome synthesis, as well as DNA biosynthesis and repair, among others. Iron deficiency leads to health problems in humans, including iron-deficiency anemia, and cardiovascular diseases, and it is associated with neurological disorders as well as breast cancer, among others. In this thesis, it is demonstrated that iron deficiency in Saccharomyces cerevisiae leads to the inactivation of the TORC1 complex and induces the activation of macroautophagy, a response that promotes the recycling of this metal. This work also presents evidence that the iron depletion signal requires the activity of TORC2/Ypk1 (orthologs of mTORC2/Sgk1 in human cells) to achieve the subsequent inactivation of TORC1, inducing the dephosphorylation of Atg13 and the activating autophosphorylation of Atg1, thus activating bulk autophagy. Restoring intracellular iron levels reduces autophagic flux through AMPK Snf1 and the subsequent activation of the iron regulon transcription factor, Aft1. This signal converges on the hyperphosphorylation of Atg13 mediated by TORC1. Iron limitation promotes cell entry into quiescence, which, together with autophagy activation, contributes to the extension of the chronological lifespan of S. cerevisiae cells. The results presented in this study demonstrate that TORC2/Ypk1 are necessary for the localization of Aft1 in the nucleus in response to iron depletion. This signaling requires the presence of sphingolipids, specifically complex sphingolipids. These results assign a new role to sphingolipids, which, through the regulation of TORC2/Ypk1, ensure the correct localization and activity of Aft1 in response to iron deficiency. Carbon sources play an essential role in S. cerevisiae's metabolism. Mtl1 is a cell wall receptor of the CWI pathway. Mtl1 is related to the signaling of glucose concentration and oxidative stress. The Mtl1 receptor is essential for detecting the decrease in glucose concentration and transmitting the signal to repress the activities of Ras2 and Sch9, which results in the activation of general autophagy. The function of Mtl1 in repressing Ras2 and Sch9 is also important in signaling the specific degradation of mitochondria through an autophagy process during the stationary phase, dependent on Atg33 and Atg11. These results emphasize the importance of the Mtl1 receptor in signaling processes that respond to glucose deficiency in S. cerevisiae.