Dentificación de genes que participan en la respuesta transcripcional al ion Mn2+ en Ceriporiopsis subvermispora y análisis bioinformático de los promotores de genes relacionados
Tesis para optar al grado académico de Magíster en Bioquímica, área de especialización en Proteínas Recombinantes y Biotecnología y Memoria para optar Título Profesional de Bioquímico === El manganeso es un componente esencial para los organismos, pues está involucrado en muchos de los procesos...
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| Other Authors: | |
| Language: | es |
| Published: |
Universidad de Chile
2012
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| Subjects: | |
| Online Access: | http://www.tesis.uchile.cl/tesis/uchile/2009/qf-tirado_a/html/index-frames.html http://www.repositorio.uchile.cl/handle/2250/105176 |
| Summary: | Tesis para optar al grado académico de
Magíster en Bioquímica,
área de especialización en Proteínas Recombinantes y Biotecnología
y Memoria para optar Título Profesional de Bioquímico === El manganeso es un componente esencial para los organismos, pues está involucrado
en muchos de los procesos elementales de la célula. El estado de oxidación +2
es la forma más abundante de este metal en los sistemas biólógicos, en donde es requerido
por una amplia diversidad de enzimas y proteínas. El ion Mn2+ destaca además
por su capacidad de controlar especies reactivas del oxígeno al interior de la célula.
Aún cumpliendo papeles tan importantes, se ha determinado que altas concentraciones
intracelulares de Mn2+ pueden ser tóxicas. Además, su deficiencia también es responsable
de ocasionar trastornos metabólicos que influyen en el desarrollo de los organismos.
En el marco de comprender la dinámica de la homeostasis del ion Mn2+ en la célula,
se han caracterizado varios transportadores que participan en la movilización y almacenamiento
de este ion. La existencia de estos sistemas específicos demuestra la importancia
que posee el mantener el control estricto de las concentraciones de Mn2+ para
la célula. Por otra parte, se ha determinado que este ion es capaz de modular la actividad
transcripcional de muchos genes, sin embargo, se desconocen los mecanismos
moleculares a través de los cuales es capaz de realizar esta actividad.
Ceriporiopsis subvermispora es un hongo que se ha caracterizado por ser un eficiente
basidiomicete que degrada la lignina. Nuestro grupo ha caracterizado en profundidad
los procesos involucrados en la degradación de este polímero natural y se ha
determinado que una de las enzimas que utiliza este hongo es muy dependiente de la
disponibilidad del ion Mn2+. A partir de esta y otras evidencias, realizó un estudio de la
influencia de este ion sobre la expresión de la maquinaria ligninolitica en C. subvermispora.
Los resultados obtenidos permitieron postular la existencia de mecanismos complejos
asociados al control transcripcional de la enzima ligninolítica, sin lograr establecer
la forma en que participaba el Mn2+. Estos antecedentes sugerían que aspectos
fundamentales de la fisiología del Mn2+ en C. subvermispora debían ser abordados. En el trabajo aquí presentado se documenta la identificación de tres componentes
de la respuesta a Mn2+, lograda a través del secuenciamiento de regiones genómicas.
Estas regiones fueron identificadas parcialmente por estudios previos con la técnica de
cDNA-AFLP aplicada para estudiar la homeostasis de Mn2+ en C. subvermispora. Dos
de los segmentos identificados en este estudio muestran una alta homología a transportadores
que han sido muy bien caracterizadas en la movilización de este metal: un
homólogo del transportador de fosfatos inorgánicos de Saccharomyces cerevisiae
PHO84, y un transportador de sideróforos. Además, se identificó un segmento que proviene
de un marcador inducible por Mn2+, y su función predicha corresponde a una
epimerasa que podría participar en el control de especies radicalarias del oxígeno.
A partir de las funciones propuestas para estos componentes, se establece un modelo
integral del control de la concentración del ion Mn2+ y la actividad ligninolítica de
este hongo.
Finalmente, se presentan los resultados de la identificación de un motivo presente
en promotores de genes que son regulados por Mn2+, que sería específico para este
ion. La existencia de este elemento permitiría explicar la respuesta transcripcional previamente
estudiada en C. subvermispora, postulando un mecanismo de control transcripcional
a través de factores proteicos capaces de reconocer el ion Mn2+. Esta evidencia
es contrastada con los hallazgos documentados en el último tiempo para el control
ejercido por Mn2+, sugiriendo que este elemento sea funcional === Manganese is a fundamental component for most organisms, because it is involved
in many elemental cell processes. This metal is mainly found in biological systems with
an oxidation state of +2, being required by an enormous diversity of enzymes and proteins.
Mn2+ is highlighted by its ability of controlling reactive oxygen species inside the
cell. Although this ion has a fundamental physiological role, it has been determined that
high intracellular concentrations of Mn+2 can cause severe toxicity. Besides, the deficiency
of this ion is also responsible for metabolic alterations that may affect the development
of an organism.
Focused on understanding dynamics of cellular Mn2+ homeostasis, there have been
characterised several carriers involved in the processes of transport and storage of this
ion. These specific systems maintain a strict control of the concentration Mn2+ ion,
which is a very important process for the cell. There is evidence that this ion is capable
of regulating the transcriptional activity of many genes, however the molecular mechanisms
involved in this control are still unknown.
Ceriporiopsis subvermispora is a basidiomycete fungus that has been characterised
for being very efficient in lignin breakdown. The metabolic machinery employed by this
fungus to degrade this compound has been studied by our group and we have determined
one of its members, the manganese peroxidase, is widely dependent on Mn2+
availability. This evidence along with other studies, prompted our group to conclude that
this ion could influence the expression of ligninolytic enzymes in C. subvermispora. We
explored this proposal and the results obtained were not sufficient for establishing the
role of Mn2+, but suggested the involvement of complex mechanisms that were capable
of regulating ligninolytic enzymes. To investigate the importance of Mn2+ in the expression
of ligninolytic machinery, fundamental knowledge about Mn2+ homeostasis had to
be understood. In the present work, identification of three components of Mn2+ homeostasis are
documented. These results were obtained by sequencing genomic regions, that were
partially described in a previous cDNA-AFLP analysis of Mn2+ homeostasis in C. subvermispora.
Two of the genomic regions identified showed high homology to well characterised
carriers involved in the transport of this ion: a homolog of the inorganic phosphate
transporter of Saccharomyces cerevisiae PHO84, and an oligopeptide transporter.
The third region was identified from an inducible marker in the cDNA-AFLP
study, and its function was predicted to be an epimerase that could be involved in control
of reactive oxygen species.
Considering predicted functions of the identified regions, an integrative model describing
the control of Mn2+ concentration and ligninolytic activity is proposed.
Finally, the identification of a specific motif found in promoters of Mn2+ regulated
genes is presented. This element could explain the transcriptional response observed in
C. subermispora, through a transcription control mechanism involving a transcriptional
factors able to bind Mn2+. This result is compared with evidence from recent studies of
specific transcriptional control exerted by Mn2+, which suggests that this element is
functional |
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