Rcs1 como factor transcripcional implicado en la asimilación de hierro y el metabolismo respiratorio en Saccharomyces cerevisiae

Resumen

El hierro es un elemento imprescindible para los seres vivos. En la naturalezase encuentra fundamentalmente en forma de Fe(lll) formando parte de sales ehidróxidos de muy baja solubilidad, lo que lo hace biológicamente inaccesible para losseres vivos mediante mecanismos simples de asimilación. En su forma reducida, elFe(ll) es mucho más soluble, pero también muy inestable, pasando immediatamentea Fe(lll) en presencia de oxígeno. Por otro lado, el hierro puede resultar tóxico para lacélula a concentraciones superiores a las requeridas por ésta, hecho éste que haforzado en la célula el desarrollo de mecanismos de incorporación del hierroaltamente regulados. El primer paso en la asimilación del hierro por S. cerevisiaeimplica la reducción del Fe(lll) extracitoplasmático a Fe(ll), estado en el cual el hierroes captado y transportado al citoplasma celular. En S. cerevisiae se han descrito dossistemas para la entrada de hierro en la célula. El sistema de baja afinidad, pococaracterizado hasta el momento, funciona cuando el hierro extracelular es abundante,siendo FET4 el gen que codifica para el transportador del hierro en estascondiciones, el único elemento genético de este sistema que ha sido caracterizado.Cuando el hierro es deficiente en el medio entra en funcionamiento el sistema de altaafinidad, en el que intervienen dos ferro-reductasas de membrana, productos de losgenes FRE1 y FRE2, que reducen el Fe(lll) extracitoplasmático a Fe(ll), el cual escaptado por una oxidasa de membrana, producto del gen F£T3, que se encarga depasarlo de nuevo a Fe(lll) y transportarlo al citoplasma. Resultados nuestros y deotros autores demuestran que la expresión de estos tres genes depende del productodel gen RCS1 (también denominado AFT1). RCS1 es un gen de S. cerevisiae quehabía sido parcialmente secuenciado con anterioridad; mutantes con una delecciónparcial en el mismo tenían un tamaño celular superior al de la cepa salvaje. En estetrabajo se ha completado la secuencia del gen RCS1 y se han construido mutantesnulos, esto es, portadores de una delección total del gen. Las células carentes deRCS1 no crecen en fuentes de carbono respirables como el etanol/glicerol, lo cualhizo pensar ¡nicialmente que RCS1 tuviese un papel en la desrepresión por glucosa.El análisis de la expresión de genes como ADH2 e ICL1, sometidos a represión porglucosa y necesarios para el crecimiento en este medio, ha revelado que dichaexpresión no está afectada en el muíante. La identidad de RCS1 con el gen AFT1implicado en la asimilación de hierro por otros autores nos llevó a intentar relacionarla incapacidad de los mutantes RCS1 para crecer sobre fuentes de carbonorespirables con su deficiente asimilación de hierro. Así, se ha comprobado que laausencia de crecimiento del muíante en etanol/glicerol como únicas fuentes decarbono puede suprimirse adicionando hierro en exceso al medio. Por otro lado, elcrecimiento en etanol/glicerol no requiere la inducción del sistema de alta afinidad,hecho que permite sugerir un papel adicional para RCS1 al anteriormente descrito,bien como responsable de mantener unos niveles de actividad ferro-reductasa y deentrada de hierro suficientes para el crecimiento en dicho medio, bien comoresponsable de la inducción de nuevos elementos implicados en la entrada de hierroque serían necesarios en esas condiciones, o bien porque sea necesario para unfuncionamiento eficiente del sistema de baja afinidad. La sobreexpresión de RCS1produce una detención homogénea del crecimiento celular en la fase G1 del ciclocelular, efecto no suprimible ni por privación ni por adición de hierro. El uso de lagenética de dominancia para contrarrestar este efecto podrá dar luz acerca de otrosgenes con interacción funcional con RCS1. En este trabajo se demuestra que Rcs1es o forma parte de un factor transcripcional activo sobre el promotor de FRE1. Así, laproteína Rcs1 unida al dominio de unión a DNA de la proteína Gal4 es capaz detransactivar dos sistemas reporteros (GAL1-HIS3 y GAL1-lacZ). En relación con ello,mediante estudios de retardamiento en gel, se ha podido comprobar que Rcs1 esnecesaria, en condiciones deficitarias de hierro, para la estabilidad del complejo quereconoce la zona del promotor de FRE1 responsable de su regulación por hierro. Laobtención de anticuerpos anti-Rcsl para su immunodetección ha permitido hacer unseguimiento de la proteína en diferentes condiciones. Así, se ha podido comprobarque dicha proteína está sujeta a una modificación postraduccional por fosforilación,que se produce en situaciones de detención del crecimiento celular. Estudios concepas portadoras de mutaciones en diferentes elementos de la vía Ras han permitidodescartar una implicación de la proteína quinasa A dependiente de cAMP en lafosforilación de Rcsl Asimismo, se ha visto que ósta es también independiente delas proteína quinasas producto de los genes YAK1 (que codifica para una quinasaantagónica de la proteína quinasa A) o SNF1 (quinasa necesaria para la desrepresiónpor glucosa). La fosforilación de Rcs1 parece corresponderse con una inactivación dela proteína y podría constituir un mecanismo para adaptar la entrada de hierro alestado metabólico de la célula.