Author:

Keywords:

integration of nutrient signalling, phosphate metabolism

Abstract:

Anorganisch fosfaat (Pi) is een essentieel nutriënt voor alle levende or ganismen aangezien het noodzakelijk is voor de synthese van ATP, de bela ngrijkste energiebron voor de cel. De plasmamembraan is echter impermeab el voor fosfaatmolecules en daarom zijn Pi transporters noodzakelijk voo r het transporteren van Pi vanuit de extracellulaire omgeving naar het c ytoplasma. De gist Saccharomyces cerevisiae heeft vijf Pi-transporter s: Pho84, Pho87, Pho89, Pho90 en Pho91. De eerste vier bevinden zich aan de plasma membraan, terwijl Pho91 zich in de vacuolaire membraan bevind t waar het Pi transporteert vanuit het cytoplasma naar de vacuole. De vi er plasmamembraan Pi-transporters omvatten twee verschillende Pi-transpo rtsystemen: een lage-affiniteitssysteem (Pho87 en Pho90) en een hoge-aff initeitssysteem (Pho84 en Pho89). De expressie van PHO87 en PHO90& nbsp; is constitutief en beide Pi-transporters mediëren Pi-transport wan neer genoeg extracellulair Pi aanwezig is. Onder Pi-limiterende conditie s wordt de transcriptie van het hoge-affiniteitssysteem geïnduceerd, ter wijl de activiteit van de lage affiniteit Pi-transporters wordt geïnhibe erd. Dus, waneer Pi limiterend wordt, nemen Pho84 en Pho89 de Pi-transpo rtfunctie over van Pho87 en Pho90 wat leidt tot verhoogde Pi-acquisitie. Dit proces wordt geregeld via activatie van de PHO-signaalweg. Pi-limit atie leidt tot activatie van Pho81. Dit proteïne inhibeert de activiteit van het Pho85-Pho80 kinase, wat resulteert in nucleaire translokatie va n de Pho4 transcriptiefactor. Nucleair Pho4 induceert de transcriptie va n de zogenaamde PHO-genen en deze genen omvatten naast PHO84 en PHO89 ook SPL2, de inhibitor van het lage-affiniteitssysteem. Wanneer v oldoende Pi aanwezig is, leidt dit tot inhibitie van Pho81 en vervolgens tot een actief Pho85-Pho80 kinase. Dit kinase hyperfosforyleert dan Pho 4, wat leidt tot zijn nucleaire exclusie en tot repressie van de PHO-gen en. In dit werk werd er onderzocht of andere nutriënten zoals stikstof of koolstof de Pi-respons van gist konden beïnvloeden. We tonen aan dat de lage-affiniteit Pi-transporters vacuolaire translokatie ondergaan wa nneer Pi limiterend wordt, maar dat de regulatie van dit proces verschil lend is voor Pho87 en Pho90. Terwijl dit proces voor Pho87 volledig afha nkelijk is van Spl2, leidt deletie van SPL2 niet tot stabilisatie van Pho90 tijdens deze condities. Wanneer andere nutriënten limiterend word en (koolstof/stikstof), ondergaan beide Pi-transporters vacuolaire trans lokatie onafhankelijk van Spl2. Interessant was wel dat het SPX-domein v an beide transporters noodzakelijk is voor dit proces onder alle nutriëntco ndities. Er wordt dus voldoende bewijs geleverd voor het feit dat Pho87 en Pho90 niet-redundante Pi-transporters zijn en dat andere nutritionele condities naast Pi ook de Pi-transportcapaciteit van een gistcel kunnen beïnvloeden. Vervolgens werd de lokalisatie van de Pho4 transcriptiefactor onderzocht onder verschillende nutriëntcondities. Er was al aangetoond dat Pho4 nu cleaire translokatie ondergaat wanneer Pi limiterend wordt. Hier tonen w e aan dat wanneer glucose verwijderd wordt, dit leidt tot nucleaire excl usie van Pho4 en dat dit proces gereguleerd wordt door de glucose-repres sie signaalweg. Additioneel demonstreren we dat inductie van stikstoflim itatie via inhibitie van TORC1 leidt tot nucleaire translokatie van Pho4 , zelfs wanneer voldoende Pi aanwezig is en dit proces kan gemimickt wor den via deletie van SCH9, een belangrijk substraat van TORC1. Interes sant is wel dat er al was aangetoond dat een gecombineerde deletie van S CH9 en PHO85 lethaal is voor gistcellen en nu blijkt dat dit fenot ype veroorzaakt wordt door deregulatie van de Pho4 transcriptiefactor. S ch9 en Pho85-Pho80 regelen dus in parallel de lokalisatie van Pho4 onder verschillende nutriëntcondities en deregulatie van dit proces door geco mbineerde deletie van SCH9 en PHO85 resulteert in een synthetisch lethaal fenotype. Finaal werd er onderzocht of bepaalde extracellulaire ionen een effect h ebben op de groei van gistmutanten die niet in staat zijn de PHO-signaal weg te activeren. Hier tonen we aan dat zo’n giststammen geen groei vert onen in aanwezigheid van hoge concentraties aan Fe2+ en bij alkalische p H. Meer nog, voor groei in aanwezigheid van hoge concentraties aan Ca2+ is alleen maar activatie van de PHO-signaalweg vereist wanneer Ca2+-sign alering afwezig is. Al deze Pho4-afhankelijke fenotypes worden echter op geheven wanneer extra anorganisch Pi wordt toegediend aan het medium, wa t aantoont dat al deze condities leiden tot een daling in extracellulair e Pi-beschikbaarheid. Er moet dus rekening gehouden worden met het feit dat bepaalde ionen nutriënt-geïnduceerde signaalwegen kunnen activeren v ia het beïnvloeden van de beschikbaarheid van het specifiek nutriënt. &n bsp;