Saccharomyces cerevisiae maya türünde Gcn5 transkripsiyon koaktivatörünün TPS1 ve NTH1 gen ekspresyonlarına etkisinin belirlenmesi

Abstract

Saccharomyces cerevisiae maya hücrelerinde stres koşullarında hayatta kalabilmek için trehaloz ve glikojen depo edilmektedir. Trehaloz, indirgeyici olmayan kararlı bir disakkarit olarak hücrede enerji kaynağı ve stres koruyucu olarak bulunur. Olumsuz stres koşulları ortadan kalktığında ise trehaloz parçalanarak glikoza dönüştürülür. Trehaloz, TPS enzim kompleksi tarafından sentezlenir ve nötral trehalaz (Nth1p) enzimi ile yıkılmaktadır. NTH1 ve TPS1 genlerinin ekspresyonu ortam şartlarına ve stres koşullarına göre birçok basamak aracılığıyla kontrol edilir. Bu basamaklar ise Msn2/Msn4 (STRE dizileri), Gcn4 transkripsiyon faktörü ve TOR yolağında görevli transkripsiyon faktörleri gibi elemanlardır. Histon asetilasyonu çevresel değişikliklere yanıt veren ve transkripsiyonel aktivasyon ile ilişkilendirilen epigenetik modifikasyonlardan biridir. SAGA kompleksi, stres koşullarında indüklenen genlerin ekspresyonunda rol alır. Hücrede H3 histon asetilasyonu ve deubikitinasyonu aracılığıyla kromatin yapısını değiştiren transkripsiyonel ko-aktivatör kompleksi olarak bilinir. Histon asetiltransferaz aktivitesi içeren ve SAGA kompleksinin alt birimi olarak bulunan Gcn5p ise transkripsiyon ile ilişkilendirilir. Gcn5 proteininin promotora getirilmesinde stres koşullarında indüklenen Gcn4p görev almaktadır. SAGA ve alt birimlerinin trehaloz metabolizmasındaki düzenleyici etkisi tam olarak bilinmemektedir. Bu sebeple çalışmamızda azot stresinde Gcn5 proteininin NTH1 ve TPS1 transkripsiyonu üzerine etkisinin belirlenmesi amaçlandı. Yaban tip maya suşu ve Δgcn5 mutantı kullanılarak NTH1 ve TPS1'in promotör aktiviteleri analiz edildi. Hücre içi biriken trehaloz ve glikojen miktarı enzimatik olarak belirlendi. Çalışmamızın sonuçlarına göre Gcn5 proteininin NTH1 ve TPS1 aktivitesi üzerinde ortam şartlarına bağlı olarak pozitif ve negatif bir rol aldığı belirlendi. Gcn5p'nin normal koşullarda NTH1 ve TPS1'in baskılanmasında görev aldığı tespit edildi. Stres koşullarında ise Gcn5p'nin NTH1'in susturulmasında rol oynarken, TPS1'in aktivasyonu için önemli olduğu sonucuna varıldı. Normal koşullarda Gcn5 proteininin eksikliğinde hücre içi trehaloz ve glikojen birikiminin arttığı belirlendi. Stres koşullarında hücrede trehaloz birikimi artarken glikojen birikimin ise azaltığı tespit edildi. Bu bağlamda maya hücrelerinin sağlıklı bir stres tepkisi vermesi için Gcn5 proteinine ihtiyaç duyduğu sonucuna varıldı.

Saccharomyces cerevisiae yeast cells store trehalose and glycogen in order to survive under stress conditions. Trehalose, as a non-reducing stable disaccharide, is present in the cell as an energy source and stress protector. When negative stress conditions are eliminated, trehalose is hydrolyzed to glucose. Trehalose is synthesized by TPS enzyme complex and it is degraded by neutral trehalase (Nth1p) enzyme. Expression of NTH1 and TPS1 genes is controlled by many steps according to environmental and stress conditions. These steps are elements such as Msn2/Msn4 (STRE sequences), Gcn4 transcription factor and transcription factors involved in the TOR pathway. Histone acetylation is one of the epigenetic modifications that respond to environmental changes and is associated with transcriptional activation. SAGA complex is involved in the expression of genes induced under stress conditions. Therefore, it is known as the transcriptional co-activator complex, which changes the chromatin structure in the cell via acetylation. It is known in the cell as a transcriptional co-activator complex that changes the structure of chromatine through H3 histone acetylation and ubiquitination. Gcn5p, which contains histone acetyltransferase activity and is a subunit of the SAGA complex, is associated with transcription. Gcn4p induced under stress conditions is involved in bringing the Gcn5 protein to the promoter. The effect of SAGA subunits on trehalose metabolism is not fully known. The regulatory effect of SAGA and its subunits on trehalose metabolism is not fully known. For this reason, in our study, it was aimed to determine the effect of Gcn5 protein on NTH1 and TPS1 transcription under nitrogen stress. The promoter activities of NTH1 and TPS1 were analyzed using the wild-type yeast strain and the Δgcn5 mutant. The amount of trehalose and glycogen accumulating intracellularly was determined enzymatically. According to the results of our study, it was determined that the Gcn5 protein has a positive and negative role on NTH1 and TPS1 activities depending on the environmental conditions. Under normal conditions, Gcn5p was found to be involved in the suppression of NTH1 and TPS1. In stress conditions, it was concluded that Gcn5p was important for activation of TPS1 while playing a role in the silencing of NTH1. In normal conditions, it was determined that the accumulation of intracellular trehalose and glycogen increased in the absence of Gcn5 protein. In stress conditions, it was determined that trehalose accumulation in the cell increased, while glycogen accumulation decreased. As a result, it was concluded that yeast cells need Gcn5 protein for a healthy stress response.