Análisis de la expresión génica dependiente de Mn+2 en el basidiomicete ligninolítico ceriporiopsis subvermispora

Abstract

La expresión génica dependiente de manganeso no se comprende del todo en organismos eucariontes. Decidimos intentar comprender de mejor forma este proceso utilizando el basidiomicete Ceriporiopsis subvermispora, ya que el manganeso cumple un rol importante en su metabolismo degradante de lignina. Dado que el genoma de este organismo no se encuentra disponible, utilizamos la técnica de cDNA-AFLP para realizar un estudio global de la expresión génica dependiente de manganeso el cual dio interesantes resultados. De 37 fragmentos derivados de transcriptos (TDFs) secuenciados, 21 fueron analizados, identificados y clasificados en razón a su expresión diferencial en respuesta a manganeso. El análisis de estos resultados nos permitió encontrar varios genes cuya expresión se encuentra regulada por este metal y además postular posibles roles homeostáticos para varios de ellos. Entre los hallazgos más importantes podemos mencionar que el estrés por manganeso produce cambios a nivel celular tales como: (1) un aumento en la actividad traduccional, (2) un aumento en la biosíntesis de membranas celulares para la compartamentalización, almacenamiento y destoxificación del manganeso con la concomitante activación de la vía secretora, y (3) un aumento en la biosíntesis de “núcleos Fe-S”. Además, postulamos que existen dos proteínas que participarían como reguladores de la expresión de factores homeostáticos para el estrés por manganeso. La proteína SSD1 participaría activamente regulando la expresión de factores homeostáticos de forma post-transcripcional en respuesta a concentraciones ascendentes del metal, mientras que la proteína Erd2 tendría la misma función, pero en respuesta a concentraciones descendentes. Estudiamos las regiones reguladoras río arriba del sitio de inicio de la traducción de genes relacionados con la homeostasis de manganeso derivados de este estudio y de la literatura. Esto nos permitió identificar la presencia de sitios de unión para los factores de transcripción ACE1 y HAP1, los cuales podrían mediar un efecto sinérgico en la activación de la transcripción manganeso-dependiente, siendo putativamente ACE1 el factor principal.

Manganese-dependent gene expression is not fully understood in eukaryotic organisms. This study aims to understand this process in a better way utilizing the basidiomycete C. subvermispora, since manganese plays an important role in its lignin degrading metabolism. Since the genome of this organism is not available, we used cDNA-AFLP technique to perform a global manganese-dependent gene expression profiling that yielded interesting results. Out of 37 sequenced transcript derived fragments (TDFs), 21 were further analyzed, identified and classified according to their differential expression profile in response to manganese. The analysis of these results allowed us to find various genes whose expression is regulated by this metal, and also postulate possible homeostatic roles for some of them. Among the most important findings we describe that manganese stress produces changes at the cellular level, such as: (1) increased cellular translational rate, (2) increased biosynthesis of cellular membranes for the compartmentalization, storage and detoxification of manganese with a concomitant increased activity of the secretory pathway, and (3) an increased biosynthesis of Fe-S clusters. Even more, we postulate that there are two proteins that participate as regulators of manganese homeostatic expression of factors in response to manganese stress; SSD1 protein would actively regulate post-transcriptionally the expression of homeostatic factors in response to increasing metal concentration, while Erd2 would have the same function yet in response to decreasing concentrations. We studied upstream regulatory regions of genes related to manganese homeostasis by this study or the literature; this allowed the identification of repetitively found transcription factor binding sites for ACE1 and HAP1, which may mediate a synergic effect on the activation of manganese-dependent gene expression, where ACE1 would be the main putative synergic mediator