Glutatation Transferasas de clase Omega en Saccharomyces cerevisiae: Estudio Bioquímico y Funcional

Abstract

Saccharomyces cerevisiae posseeix dues glutatió transferases (GST) anomenades Gtt1<br/>i Gtt2, amb capacitat de conjugar una molècula de glutatió amb el substrat estàndar<br/>CDNB. Aquests dos enzims no són clasificables dins de les classes convencionals<br/>descrites en base a l'estructura de les GST d'eucariotes superiors, encara que guarden<br/>certa similitud estructural amb els membres de la classe Zeta. En aquesta memòria es<br/>descriu la caracterització de tres GST de classe Omega en S. cerevisiae anomenades<br/>Gto1, Gto2 i Gto3, codificades respectivament per les ORFs YGR154c, YKR076w i<br/>YMR251w. Els enzims d'aquesta classe no tenen activitat sobre CDNB, però són actives<br/>com tiol oxidoreductases i posseïxen activitat dehidroascorbat reductasa i dimetilarsenat<br/>reductasa. La primera d'elles, Gto1, és peroxisomal i posseïx un senyal de localització<br/>de tipus PTS1 en la regió C-terminal. Aquest senyal és reconeguda pel transportador<br/>peroxisomal Pex5, que facilita la seva internalizació en aquest organul. D´altre banda,<br/>Gto2 i Gto3 tenen localització citoplàsmica. Els gens GTO de S. cerevisiae s'induïxen<br/>per estrès oxidativu però amb patrons distints per als tres gens. La dependència<br/>d'aquesta expressió dels factors de trascripció Yap1, Msn2 i Msn4 es relaciona amb la<br/>presència de seqüències YRE i STRE en els promotors dels gens GTO. El mutant Dgto1<br/>és sensible a l'agent oxidant diamida i té una concentració intracel· lular de glutatió<br/>menor que la soca silvestre. Aquest fenotip es relaciona amb que el triple mutant Dgtt2<br/>Dgtt1 Dgto1 sigui sensible al cadmi, indicant que les tres GST Gtt1, Gtt2 i Gto1<br/>intervenen en la detoxificació d'aquest metall. Altre fenotip rellevant és la dificultat del<br/>mutant Dgto1 per a créixer en medis de cultiu amb àcid oleic com única font de carboni,<br/>indicant que les funcions peroxisomals en el mutant estan afectades. L'absència de<br/>GTO1 en S. cerevisiae causa així mateix el descens en l'expressió de gens involucrats<br/>en la via de síntesi de cisteïna i metionina. Com a conseqüència, el mutant Dgto1 creix<br/>amb dificultat en absència de treonina, serina o lisina. La manca de GTO1 en S.<br/>cerevisiae impedeix que utilitzi eficientment la cisteïna o la cistationina com úniques<br/>fonts de sofre, manifestant defectes en la transulfuració, procés que permet la síntesi de<br/>metionina a partir de cisteïna. Això suggereix que Gto1 podria estar regulant l'activitat<br/>cistationina b-liasa de Str3 mitjançant la seva activitat tiol oxidoreductasa, atès que Str3<br/>també és peroxisomal. Atès que la cisteína 387 de Str3 és important per a la seva<br/>activitat biològica i està conservada en les cistationina b-liasas d'altres espècies de<br/>fongs, aquest residu podria ser diana de Gto1 per a la regulació de l'estat redox de la<br/>proteïna Str3<br/>RESÚMEN<br/>Saccharomyces cerevisiae posee dos glutatión transferasas (GST) denominadas Gtt1 y<br/>Gtt2 con capacidad de conjugar una molécula de glutatión con el sustrato estándar<br/>CDNB. Estas dos enzimas no son clasificables dentro de las clases convencionales<br/>descritas con base en la estructura de las GST de eucariotas superiores, aunque<br/>guardan cierta similitud estructural con las de clase Zeta. En esta memoria se describe<br/>la caracterización de tres GST de clase Omega en S. cerevisiae denominadas Gto1,<br/>Gto2 y Gto3, codificadas por las ORF YGR154c, YKR076w y YMR251w. Las enzimas<br/>de esta clase no tienen actividad sobre CDNB, pero son activas como tiol<br/>oxidoreductasa y poseen actividad dehidroascorbato reductasa y dimetilarsenato<br/>reductasa. La primera de ellas, Gto1, es peroxisomal y posee una señal de localización<br/>de tipo PTS1 en la región C-terminal. Dicha señal es reconocida por el transportador<br/>peroxisomal Pex5, que facilita su internalización en este organelo. Por otra parte, Gto2<br/>y Gto3 tienen localización citoplásmica. Los genes GTO de S. cerevisiae se inducen por<br/>estrés oxidativo pero con patrones distintos para los tres genes. La dependencia de esta<br/>expresión de los factores de trascripción Yap1, Msn2 y Msn4 se relaciona con la<br/>presencia de secuencias YRE y STRE en los promotores de dichos genes. El mutante<br/>Dgto1 es sensible al agente oxidante diamida y tiene una concentración intracelular de<br/>glutatión menor que la cepa silvestre. Este fenotipo se relaciona con que el triple<br/>mutante Dgtt1 Dgtt2 Dgto1 sea sensible al cadmio, indicando que las tres GST Gtt1,<br/>Gtt2 y Gto1 intervienen en la detoxificación de este metal. Otro fenotipo relevante es la<br/>dificultad del mutante Dgto1 para crecer en medios con ácido oleico como única fuente<br/>de carbono, indicando que las funciones peroxisomales en dicho mutante están<br/>afectadas. La ausencia de GTO1 en S. cerevisiae causa así mismo el descenso en la<br/>expresión de varios genes involucrados en la vía de síntesis de cisteína y metionina.<br/>Como consecuencia, el mutante Dgto1 crece con dificultad en ausencia de treonina,<br/>serina o lisina. La ausencia de Gto1 en S. cerevisiae impide que utilice eficientemente<br/>la cisteína o la cistationina como únicas fuentes de azufre, manifestando defectos en la<br/>transulfuración, proceso que permite la síntesis de metionina a partir de cisteína. Ello<br/>sugiere que Gto1 podría estar regulando la actividad cistationina b-liasa de Str3<br/>mediante su actividad tiol oxidoreductasa, dado que Str3 también es peroxisomal.<br/>Dado que la cisteína 387 de Str3 es importante para su actividad biológica y está<br/>conservada en las cistationina b-liasas de otras especies de hongos, este residuo<br/>podría ser diana de Gto1 para la regulación del estado redox de la proteína Str3.<br/>SUMARY<br/>SUMMARY<br/>Saccharomyces cerevisiae contains two glutathion transferases (GST) named Gtt1 and<br/>Gtt2, which are enzymes with glutathione conjugating activity with the standard substrate<br/>CDNB. These two enzymes are not classified into the conventional classes that have<br/>been established based on the structure of mammalian GST, although they keep certain<br/>structural similarity with Zeta class members. In this report, we describe the<br/>characterization of three S. cerevisiae Omega class GST named Gto1, Gto2 and Gto3,<br/>coded by ORFs YGR154c, YKR076w and YMR251w, respectively. The enzymes of<br/>this class do not exhibit activity with CDNB but they are active as tiol oxidoreductases,<br/>dehydroascorbate reductases and dimetilarsonate reductases. The first of them, Gto1,<br/>is located at the peroxisome and is targeted to this organelle throught a C-terminal<br/>PTS1-type sequence. This sequence is recognized by the peroxisomal transporter<br/>Pex5 that facilitates peroxisomal import. On the other hand, Gto2 and Gto3 are at the<br/>cytosol. The GTO genes of S. cerevisiae are induced by oxidative stress, although the<br/>expression patterns are different for the three genes. The expression of GTO genes<br/>depends on Yap1, Msn2 and Msn4 transcription factors and correlates with the<br/>presence of YRE and STRE sequences in the promoters of these genes. The absence<br/>of GTO1 causes a hipersensitivity to the oxidant diamide in S. cerevisiae and reduces<br/>the intracelular concentration of glutathione, compared with the wild type stain. This<br/>phenotype is related to cadmium sensitivity of the Dgtt1 Dgtt2 Dgto1 triple mutant,<br/>indicating that Gtt1, Gtt2 and Gto1 participate in the response to cadmium toxicity.<br/>Another rellevant phenotype of S. cerevisiae cells lacking GTO1 is the growth defect<br/>with oleic acid as the sole carbon source, indicating that the peroxisome funtions are<br/>affected in the mutant. This mutant also grows defficiently in the absence of threonine,<br/>serine or lysine in the growth medium. Lack of GTO1 function also affects negatively<br/>the expression of several genes involved in methionine and cisteine sinthesis. As a<br/>consecuence, the Dgto1 mutant shows defective growth in a medium with cisteine or<br/>cistationine as the sole sulfur source as a consequence of defective trasulfuration, a<br/>process that allows methionine synthesis from cisteine. This suggests that Gto1 could<br/>regulate the cystathionine b-lyase activity of Str3 through its thiol oxidoreductase<br/>activity, since Str3 is also peroxisomal. As the cysteine 387 residue of Str3 is important<br/>for the biological activity of this protein and is conserved in fungal species, this residue<br/>could be a target of Gto1 for the regulation of the redox state of Str3.