Rcs1 como factor transcripcional implicado en la asimilación de hierro y el metabolismo respiratorio en Saccharomyces cerevisiae

Abstract

El hierro es un elemento imprescindible para los seres vivos. En la naturaleza<br/>se encuentra fundamentalmente en forma de Fe(lll) formando parte de sales e<br/>hidróxidos de muy baja solubilidad, lo que lo hace biológicamente inaccesible para los<br/>seres vivos mediante mecanismos simples de asimilación. En su forma reducida, el<br/>Fe(ll) es mucho más soluble, pero también muy inestable, pasando immediatamente<br/>a Fe(lll) en presencia de oxígeno. Por otro lado, el hierro puede resultar tóxico para la<br/>célula a concentraciones superiores a las requeridas por ésta, hecho éste que ha<br/>forzado en la célula el desarrollo de mecanismos de incorporación del hierro<br/>altamente regulados. El primer paso en la asimilación del hierro por S. cerevisiae<br/>implica la reducción del Fe(lll) extracitoplasmático a Fe(ll), estado en el cual el hierro<br/>es captado y transportado al citoplasma celular. En S. cerevisiae se han descrito dos<br/>sistemas para la entrada de hierro en la célula. El sistema de baja afinidad, poco<br/>caracterizado hasta el momento, funciona cuando el hierro extracelular es abundante,<br/>siendo FET4 el gen que codifica para el transportador del hierro en estas<br/>condiciones, el único elemento genético de este sistema que ha sido caracterizado.<br/>Cuando el hierro es deficiente en el medio entra en funcionamiento el sistema de alta<br/>afinidad, en el que intervienen dos ferro-reductasas de membrana, productos de los<br/>genes FRE1 y FRE2, que reducen el Fe(lll) extracitoplasmático a Fe(ll), el cual es<br/>captado por una oxidasa de membrana, producto del gen F£T3, que se encarga de<br/>pasarlo de nuevo a Fe(lll) y transportarlo al citoplasma. Resultados nuestros y de<br/>otros autores demuestran que la expresión de estos tres genes depende del producto<br/>del gen RCS1 (también denominado AFT1). RCS1 es un gen de S. cerevisiae que<br/>había sido parcialmente secuenciado con anterioridad; mutantes con una delección<br/>parcial en el mismo tenían un tamaño celular superior al de la cepa salvaje. En este<br/>trabajo se ha completado la secuencia del gen RCS1 y se han construido mutantes<br/>nulos, esto es, portadores de una delección total del gen. Las células carentes de<br/>RCS1 no crecen en fuentes de carbono respirables como el etanol/glicerol, lo cual<br/>hizo pensar ¡nicialmente que RCS1 tuviese un papel en la desrepresión por glucosa.<br/>El análisis de la expresión de genes como ADH2 e ICL1, sometidos a represión por<br/>glucosa y necesarios para el crecimiento en este medio, ha revelado que dicha<br/>expresión no está afectada en el muíante. La identidad de RCS1 con el gen AFT1<br/>implicado en la asimilación de hierro por otros autores nos llevó a intentar relacionar<br/>la incapacidad de los mutantes RCS1 para crecer sobre fuentes de carbono<br/>respirables con su deficiente asimilación de hierro. Así, se ha comprobado que la<br/>ausencia de crecimiento del muíante en etanol/glicerol como únicas fuentes de<br/>carbono puede suprimirse adicionando hierro en exceso al medio. Por otro lado, el<br/>crecimiento en etanol/glicerol no requiere la inducción del sistema de alta afinidad,<br/>hecho que permite sugerir un papel adicional para RCS1 al anteriormente descrito,<br/>bien como responsable de mantener unos niveles de actividad ferro-reductasa y de<br/>entrada de hierro suficientes para el crecimiento en dicho medio, bien como<br/>responsable de la inducción de nuevos elementos implicados en la entrada de hierro<br/>que serían necesarios en esas condiciones, o bien porque sea necesario para un<br/>funcionamiento eficiente del sistema de baja afinidad. La sobreexpresión de RCS1<br/>produce una detención homogénea del crecimiento celular en la fase G1 del ciclo<br/>celular, efecto no suprimible ni por privación ni por adición de hierro. El uso de la<br/>genética de dominancia para contrarrestar este efecto podrá dar luz acerca de otros<br/>genes con interacción funcional con RCS1. En este trabajo se demuestra que Rcs1<br/>es o forma parte de un factor transcripcional activo sobre el promotor de FRE1. Así, la<br/>proteína Rcs1 unida al dominio de unión a DNA de la proteína Gal4 es capaz de<br/>transactivar dos sistemas reporteros (GAL1-HIS3 y GAL1-lacZ). En relación con ello,<br/>mediante estudios de retardamiento en gel, se ha podido comprobar que Rcs1 es<br/>necesaria, en condiciones deficitarias de hierro, para la estabilidad del complejo que<br/>reconoce la zona del promotor de FRE1 responsable de su regulación por hierro. La<br/>obtención de anticuerpos anti-Rcsl para su immunodetección ha permitido hacer un<br/>seguimiento de la proteína en diferentes condiciones. Así, se ha podido comprobar<br/>que dicha proteína está sujeta a una modificación postraduccional por fosforilación,<br/>que se produce en situaciones de detención del crecimiento celular. Estudios con<br/>cepas portadoras de mutaciones en diferentes elementos de la vía Ras han permitido<br/>descartar una implicación de la proteína quinasa A dependiente de cAMP en la<br/>fosforilación de Rcsl Asimismo, se ha visto que ósta es también independiente de<br/>las proteína quinasas producto de los genes YAK1 (que codifica para una quinasa<br/>antagónica de la proteína quinasa A) o SNF1 (quinasa necesaria para la desrepresión<br/>por glucosa). La fosforilación de Rcs1 parece corresponderse con una inactivación de<br/>la proteína y podría constituir un mecanismo para adaptar la entrada de hierro al<br/>estado metabólico de la célula.