El papel de Sfp1 y NuA4 en la regulación de los ribosomas

Las células han desarrollado sistemas complejos para responder a los cambios en su entorno. En la levadura de brote, un jugador importante en este proceso de adaptación es una proteína llamada TORC1. Esta proteína ayuda a las células a percibir lo que está pasando afuera y a tomar decisiones sobre el crecimiento y el uso de energía según los nutrientes disponibles y los niveles de estrés. Una de las tareas clave que regula TORC1 es la creación de ribosomas, que son esenciales para hacer proteínas.

#Formación de Ribosomas en Levadura

Los ribosomas de levadura están compuestos por 79 tipos de proteínas, que están codificadas por 139 genes diferentes. El proceso de construir ribosomas consume mucha energía e involucra un montón de elementos regulatorios diferentes, conocidos como regulones. Para no desperdiciar energía, las células deben controlar cuidadosamente la expresión de los genes de proteínas ribosómicas y sus reguladores. Esto requiere varias proteínas activadoras que ayudan a gestionar cuándo y cómo se activan estos genes.

Entre las proteínas involucradas, Sfp1 juega un papel crítico. Sfp1 es una especie de activador que ayuda a gestionar la expresión de las proteínas ribosómicas y sus reguladores cuando los nutrientes fluctúan. En condiciones normales de crecimiento, la quinasa TOR activa Sfp1 al añadirle un grupo fosfato. Esta modificación permite que Sfp1 se mueva al núcleo de la célula, donde se une a otras proteínas activadoras para promover la expresión de los genes ribosómicos. Sin embargo, cuando los nutrientes escasean o cuando las células son tratadas con rapamicina, un fármaco que bloquea TORC1, Sfp1 se mueve al citoplasma, lo que lleva a una reducción en la expresión de los genes de proteínas ribosómicas.

#Interacción entre Sfp1 y NuA4

Aunque se sabe que Sfp1 interactúa con otras proteínas, también trabaja en estrecha colaboración con un complejo proteico llamado NuA4. Este complejo contiene varios subunidades que ayudan a modificar la estructura del ADN, facilitando que los genes se activen. Una manera en que hacen esto es añadiendo grupos químicos a las histonas, proteínas que ayudan a empaquetar el ADN en la célula.

NuA4 es especialmente importante porque contiene la única acetiltransferasa de histonas esencial en levadura, conocida como Esa1. Esta proteína es crucial para añadir grupos acetilo a ciertas histonas, lo que es vital para regular la expresión génica. La investigación ha demostrado que NuA4 se une extensivamente a los promotores de los genes de proteínas ribosómicas, y su asociación parece estar regulada por la señalización de TORC1.

Dando los roles de Sfp1 y NuA4 en la regulación de los genes de proteínas ribosómicas, era importante entender cómo podrían trabajar juntos. Para investigar esto, los investigadores utilizaron varias técnicas en levadura de brote para analizar sus interacciones.

#Evidencia Experimental de Interacción

Los investigadores comenzaron investigando la asociación física entre Sfp1 y NuA4. Usaron un método llamado purificación por afinidad para aislar Sfp1 e identificar a sus compañeros de interacción. Descubrieron que un componente crucial de NuA4, conocido como Tra1, estaba presente en las muestras donde se purificó Sfp1. Esto confirmó que Sfp1 interactúa físicamente con el complejo NuA4.

Para profundizar, también buscaron subunidades específicas de NuA4 como Eaf1 y Arp4 en las muestras de Sfp1, lo que confirmó aún más la interacción. Incluso cuando se inhibió la vía de TORC1, la interacción Sfp1-NuA4 persistió, lo que indica que su conexión es robusta e independiente de las condiciones nutricionales.

Luego, usaron un método llamado GST pulldown para evaluar si la interacción podía ocurrir directamente entre Sfp1 y NuA4. Demostraron que cuando mezclaron Sfp1 con NuA4, podían atraer la actividad de NuA4, lo que sugiere una interacción directa.

#Papel de Sfp1 en la Función de NuA4

Después de confirmar que Sfp1 y NuA4 interactúan, los investigadores querían averiguar cómo esta relación afecta la expresión génica. Investigaron si Sfp1 impacta el reclutamiento del complejo NuA4 a los promotores de los genes de proteínas ribosómicas. Para minimizar los efectos de la eliminación de Sfp1 en el crecimiento, emplearon una técnica llamada anchor-away para eliminar rápidamente Sfp1 del núcleo.

Aunque las células con Sfp1 eliminado mostraron defectos de crecimiento, los investigadores encontraron que la unión de NuA4 a los promotores de los genes ribosómicos se mantuvo sin cambios. Incluso cuando utilizaron células que carecían completamente de Sfp1, observaron que NuA4 aún estaba presente en estos promotores. Esto sugiere que Sfp1 no juega un papel directo en reclutar a NuA4 a los promotores de los genes.

#Efectos de la Depleción de Sfp1 en la Acetilación de Histonas

Mientras que Sfp1 no afecta la unión de NuA4 a los promotores, los investigadores querían ver si Sfp1 juega un papel en la función de NuA4. Midieron los niveles de acetilación en dos histonas clave, H3 y H4, para averiguar si Sfp1 influye en la actividad de NuA4. Descubrieron que la depleción de Sfp1 llevaba a una disminución significativa en la acetilación de ambas histonas en los promotores de los genes de proteínas ribosómicas. Esto sugiere que aunque NuA4 todavía podría unirse a estas regiones, su capacidad para modificar histonas se veía afectada en ausencia de Sfp1.

Curiosamente, también notaron que el nivel de Htz1, una variante de la histona H2A, aumentó en los promotores de los genes ribosómicos cuando se depletó Sfp1. Esta observación sugiere que la presencia de Sfp1 promueve la acetilación de Htz1 también, lo que puede ser crucial para regular cuándo se activan los genes.

#Influencia de NuA4 en la Unión de Sfp1

Dado que Sfp1 no afecta la unión de NuA4 pero puede modular su función, los investigadores indagaron si NuA4 podría influir en la capacidad de Sfp1 para unirse a los promotores de los genes de proteínas ribosómicas. Usando nuevamente la técnica anchor-away, deplegaron rápidamente la subunidad Esa1 de NuA4. La depleción de Esa1 redujo los niveles de acetilación en los promotores de los genes ribosómicos y afectó la unión de Sfp1.

Cuando analizaron la unión de Sfp1 en diferentes categorías de genes de proteínas ribosómicas, encontraron que su reclutamiento se redujo significativamente en las principales categorías de genes de proteínas ribosómicas, excepto en un subconjunto específico. Esto indica que NuA4 es necesario para un reclutamiento óptimo de Sfp1 a estos genes.

#Acetilación de Sfp1

Aparte de las histonas, NuA4 también puede modificar proteínas no histónicas, incluida Sfp1 misma. Los investigadores identificaron que Sfp1 se acetila en dos residuos de lisina específicos, K655 y K657. Para comprender mejor la importancia de estos sitios de acetilación, crearon dos mutantes de Sfp1: uno que no puede ser acetilado y otro que imita la acetilación.

Cuando los investigadores examinaron los niveles de acetilación de Sfp1, encontraron que las mutaciones en K655 y K657 no eliminaron completamente la acetilación de Sfp1, lo que indica que otros sitios también pueden ser objetivo. Curiosamente, notaron que el mutante que imita la acetilación mostró una sensibilidad aumentada al estrés y a la privación de nutrientes, lo que significa que podría confundir la señalización de la célula sobre la disponibilidad de nutrientes.

#Impacto de la Acetilación en la Expresión Génica

A continuación, querían ver cómo la acetilación de Sfp1 influye en su función como activador transcripcional. Compararon los niveles de expresión génica de ciertos genes de proteínas ribosómicas y de biogénesis de ribosomas entre el Sfp1 tipo salvaje y las cepas mutantes. La cepa mutante que imita la acetilación mostró un aumento significativo en la expresión de los genes de biogénesis de ribosomas, mientras que la expresión de los genes de proteínas ribosómicas se mantuvo estable.

La secuenciación de ARN a gran escala confirmó que clústeres específicos de genes relacionados con la biogénesis de ribosomas estaban sobreexpresados en el mutante que imita la acetilación. Esto indica que la acetilación dependiente de NuA4 de Sfp1 afecta significativamente su capacidad para regular la expresión génica.

#Efectos de las Fuentes de Carbono en la Expresión Génica

Los investigadores encontraron que el tipo de fuente de carbono disponible para las células de levadura impactaba la expresión de los genes de proteínas ribosómicas y de biogénesis de ribosomas. Realizaron experimentos en los que las levaduras se cultivaron en diferentes fuentes de carbono, notando que cuando las células se cambiaron de una fuente de carbono rica a una menos favorable, la expresión de los genes de proteínas ribosómicas disminuyó.

Al examinar la respuesta de los mutantes de Sfp1 a estos cambios, observaron que el mutante que imita la acetilación tenía un sorprendente declive en la expresión de los genes de biogénesis de ribosomas bajo condiciones de limitación de nutrientes. Esto sugiere que los mecanismos regulatorios de Sfp1 podrían diferir según la disponibilidad de nutrientes en el entorno.

#Experimentos de Pulso de Glucosa

Para comprender mejor cómo las células perciben cambios en la disponibilidad de nutrientes, los investigadores diseñaron un experimento donde cambiaron las células de una fuente de carbono pobre a una rica. Querían ver qué tan rápido y efectivamente las células podían ajustar su transcripción en respuesta al cambio de nutrientes.

Al introducir glucosa después de un período en rafinosa, encontraron que tanto las cepas tipo salvaje como las mutantes mostraron un aumento en la expresión de genes de proteínas ribosómicas y de biogénesis de ribosomas. Los resultados indicaron diferentes mecanismos regulatorios para los genes de proteínas ribosómicas en comparación con los genes de biogénesis de ribosomas en respuesta a las condiciones nutricionales cambiantes.

#Conclusión

En resumen, esta investigación arroja luz sobre cómo Sfp1 interactúa con el complejo NuA4 para regular la expresión de los genes de proteínas ribosómicas y de biogénesis de ribosomas. La presencia de Sfp1 es esencial para la modificación local de histonas necesaria para una correcta expresión génica, y aunque no influye en la unión de NuA4, es crítica para la actividad acetiltransferasa de NuA4.

Además, el estudio destaca la importancia de la acetilación de Sfp1 para generar respuestas adecuadas a los cambios nutricionales, con diferentes mecanismos regulatorios en juego para los genes de proteínas ribosómicas y de biogénesis de ribosomas. Este trabajo revela una relación compleja entre factores de transcripción y coactivadores que gobierna cómo las células se adaptan a su entorno y aseguran un crecimiento y metabolismo adecuados. Los hallazgos tienen implicaciones para discusiones más amplias sobre la regulación génica y las respuestas celulares, mostrando que cómo interactúan y se modifican las proteínas puede influir significativamente en las funciones celulares.