Effect of cAMP-dependent Phosphodiesterase Activity on NTH1 Gene Expression and Reserve Carbohydrate Metabolism

The regulation of Protein kinase A signaling pathway is controlled by the cellular cAMP level. The level of cAMP in the cell is regulated by the enzymes adenylate cyclase, which synthesizes the cAMP from ATP, and cAMP phosphodiesterase, which degrades the cAMP to AMP. The PDE1 and PDE2 genes encode two phosphodiesterases with low and high affinity for cAMP, respectively. The NTH1 gene encodes the neutral trehalase enzyme, which is responsible for stress-accumulated trehalose degradation, and its expression is regulated by PKA. The aim of this study was to examine the effect of PDE1 and PDE2 gene products on the expression of the NTH1 gene and reserve carbohydrate metabolism in both stressful and restoring conditions. Thus, the expression of the NTH1 was assessed under nitrogen starvation, heat stress, and recovery period by inserting the plasmid containing the Nth1-LacZ gene fusion into pde1∆, pde1∆, and wild-type yeast strains. The expression of the NTH1 gene was shown to be lower than that of the wild-type under normal conditions, heat stress, nitrogen starvation, and also during the replenishment period in pde1∆ and pde1∆ yeast cells. The accumulation of trehalose and glycogen was shown to be dramatically enhanced in pde1∆ yeast cells. However, deletion of the PDE2 gene did not lead to a significant change in trehalose and glycogen accumulation comparable to that found in the wild-type. These results indicate that the PDE1 gene product, rather than PDE2, is required for the downregulation of reserve carbohydrate metabolism. Consequently, the Pde1 protein is considered to exert yet-unidentified regulatory control over the Pde2 protein.

Protein kinaz A sinyal yolağının düzenlenmesi hücresel cAMP seviyesi tarafından kontrol edilir. Hücredeki cAMP seviyesi ise, cAMP'yi ATP'den sentezleyen adenilat siklaz ve cAMP'yi AMP'ye indirgeyen cAMP fosfodiesteraz enzimleri tarafından düzenlenir. PDE1 ve PDE2 genleri, cAMP için düşük ve yüksek afiniteye sahip iki fosfodiesterazı kodlar. NTH1 geni stres şartlarında biriktirilen trehalozun parçalanmasından sorumlu olan nötral trehalaz enzimini kodlar ve ekspresyonu PKA tarafından kontrol edilir. Bu çalışmada, stres koşullarında ve stres sonrasında, PDE1 ve PDE2 genlerinin NTH1 gen ekspresyonu ve depo karbonhidrat metabolizması üzerine etkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu nedenle Nth1-LacZ gen füzyonu taşıyan plazmid pde1∆, pde1∆ ve yaban tip maya suşlarına transforme edilerek azot açlığında, ısı stresinde ve stres sonrasında NTH1 gen ekspresyonu belirlendi. Normal koşullarda, ısı stresinde, azot açlığında ve stresten kurtulma sonrasında, pde1∆ ve pde1∆ maya hücrelerinde belirlenen NTH1 gen ekspresyonunun yaban tipten daha düşük olduğu gözlendi. Trehaloz ve glikojen birikiminin pde1∆ maya hücrelerinde oldukça yüksek oranda arttığı gözlendi. Bununla birlikte, PDE2 yokluğunun trehaloz ve glikojen birikiminde önemli bir değişikliğe yol açmadığı gözlendi. Bu sonuçlar, depo karbonhidrat metabolizmasının aşağı regülasyonu için PDE2’nin değil de PDE1 gen ürününün gerekli olduğunu göstermektedir. Sonuç olarak, Pde1 proteininin, Pde2 proteini üzerinde henüz tanımlanamayan düzenleyici kontrol uyguladığı düşünülmektedir.