Saccharomyces cerevısıae TOR1 mutantlarında hücre döngüsünün transkriptomik analizi

Abstract

Saccharomyces cerevisiae maya hücrelerinde olumsuz çevre koşullarına karşı genetik ve metabolik cevap oluşturmada farklı algılama ve sinyal sistemleri görev almaktadır. Bu sinyal sistemlerinden birisi olan TOR (Rapamisin Hedefi) sinyal yolağı TORC1 ve TORC2 olmak üzere iki farklı TOR kompleksi içermektedir. Ser/Thr-protein kinaz olan Tor1 ve Tor2 proteini TORC1 kompleksinin yapısında bulunurken TORC2 komplekesinde yalnızca Tor2p bulunur. Rapamisin, besin açlığı ve farklı stres koşulları, TORC1 kompleksinin aktivitesini inhibe eder. TORC1 kompleksinin inhibisyonu hücre büyümesini durdurarak hücre döngüsünün erken G1 safhasında kalmasına ve hücrelerin G0 evresine geçmesine neden olur. Tor1 proteininin yokluğunda hücre döngüsünün ilerlemesinde ve regülasyonunda görev alan proteinleri kodlayan genlerin ekspresyon seviyelerinin belirlenmesi TORC1 kompleksinin hücre döngüsü üzerindeki etkisini belirlemek için oldukça önemlidir. Bu nedenle ?tor1 ve yaban tip maya hücreleri normal üreme koşullarında çoğaltıldı ve gen ekspresyon seviyeleri Yeni Nesil Dizileme Tekniği ile belirlendi. Hücre döngüsünün ilerlemesinde ve düzenlenmesinde yer alan ve diferansiyel gen ekspresyonu gösteren genler belirlenerek hücre döngüsünün evrelerine göre gruplandırıldı. Hücre döngüsünün ilerlemesinde ve düzenlenmesinde görevli 2133 genin anlamlı ekspresyon değişimi (FD?2) gösterdiği belirlendi. TOR1 geninin yokluğunda, 887 genin ekspresyonunun baskılandığı 1246 genin ise aktive olduğu bulundu. G1 safhasında görevli 503 genin, S safhasında görevli 297 genin, G2 safhasında görevli 635 genin ve M safhasında görevli 700 genin ekspresyonunun değişim gösterdiği, bu genlerden bazılarının birden fazla hücre döngüsü safhasında görev aldığı belirlendi. HXT4, HXT6, HXT7, HXK1, RCK1, HSP26, DDR2, TMA10 ve YNL194C genlerinin ekspresyonunun 50 kat üzerinde arttığı gözlendi. İşlevi bilinmeyen YMR206W, YIL136W, YDR070C ve YGR067C genlerinin ekspresyonlarının TOR sinyal sistemi ile kontrol edildiği belirlendi. KEGG yolak analizi ve Gen Ontoloji analizi sonuçlarına göre TOR1 geninin yokluğunda hücre döngüsünün ilerlemesinde ve düzenlenmesinde görevli ekspresyonu değişen genlerin ağırlıklı olarak metabolik yolaklarda ve ribozom biyogenezi ile ilgili yolaklarda görevli oldukları gözlendi. Genel olarak metabolik yolaklarda görevli genlerin ekspresyonunun arttığı ribozom biyogenezinde görevli genlerin ekspresyonunun ise baskılandığı belirlendi.

In Saccharomyces cerevisiae yeast cells, different sensing and signaling systems are involved in genetic and metabolic responses to adverse environmental conditions. One of these signaling systems, TOR (Target of Rapamycin), contains two TOR complexes, TORC1 and TORC2. Both Tor1 and Tor2 proteins, Ser/Thr-protein kinases, are found in the structure of the TORC1 complex, while the TORC2 complex contains only Tor2p. Rapamycin, nutrient starvation and different stress conditions inhibit the activity of the TORC1 complex. Inhibition of the TORC1 complex prevents cell growth, causing the cell cycle to arrest in the early G1 phase and transition to the G0 phase. Determining the expression levels of genes encoding proteins involved in cell cycle progression and regulation in the absence of the Tor1 protein is essential to determine the effect of the TORC1 complex on the cell cycle. For this reason, ?tor1 and wild-type yeast cells were grown under normal growth conditions, and their gene expression levels were determined by Next Generation Sequencing Technique. The genes involved in the progression and regulation of the cell cycle and showing differential gene expressions were determined and grouped according to the cell cycle phases. It was determined that 2133 genes involved in the progression and regulation of the cell cycle showed a significant differential expression (FD?2). In the absence of the TOR1 gene, the expression of 887 genes was found to be down-regulated and 1246 genes were up-regulated. The expression of 503 genes involved in the G1 phase, 297 genes involved in the S phase, 635 genes involved in the G2 phase and 700 genes involved in the M phase were changed significantly, and some of these genes were involved in more than one cell cycle phase. It was observed that the expressions of HXT4, HXT6, HXT7, HXK1, RCK1, HSP26, DDR2, TMA10 and YNL194C genes were up-regulated more than 50-fold. It was determined that the expression of YMR206W, YIL136W, YDR070C and YGR067C genes of unknown function were controlled via the TOR signaling system. According to the KEGG pathway and Gene Ontology analysis, in the absence of the TOR1 gene, most of the differentially expressed genes were predominantly involved in the metabolic pathways and ribosome biogenesis. In general, the expressions of genes involved in metabolic pathways were up-regulated, while the expressions of genes involved in ribosome biogenesis were down-regulated.