Entrada y salida de treonina y homoserina en Saccharomyces cerevisiae mediada por transportadores de aminoácidos

Abstract

La excreción de matabolitos, tales como aminoácidos, por la levadura S. cerevisiae es un fenómeno documentado desde hace al menos cuatro décadas (Grenson, 1973; Lewis y Phaff, 1964). Las investigaciones realizada a este respecto han delimitado una serie de circunstancias muy particulares bajo las que este fenómeno tiene lugar, como son la hiperactivación del anabolismo de los aminoácidos en mutantes superproductores (Delgado et al., 1982; Grenson, 1973; Ramos y Calderon, 1992), o el desequilibrio metabólico ocasionado por determinadas condiciones de cultivo (Alexandre et. al., 2001; Grenson, 1973; Lewis y Phaff, 1964; Mauricio et al., 2001). Sin embargo, el mecanismo utilizado por S. cerevisiae para excretar aminoácidos ha permanecido oculto. Dado que S. cerevisiae es un organismo modelo, la elucidación de dicho mecanismo permitiría profundizar en os fenómenos de excreción de aminoácidos por otros organismos eucariotas, de los que queda aún mucho por conocer. Por ejemplo, los hongos de las micorrizas acumulan compuestos nitrogenados del suelo, que transfieren en forma de aminoácidos, y por mecanismos desconocidos, a las plantas cuyas raíces envuelven (Chalot y Brun, 1998). Asimismo, la transferencia de aminoácidos entre los tejidos de la propia planta implica procesos de transporte hacia dentro y hacia fuera de la célula. En este caso, se desconocen las proteínas implicadas específicamente en la salida (Koch et al., 2003; Pilot et al., 2004). El desarrollo de mutantes de S. cerevisiae deficientes en sistemas de excreción específicos para aminoácidos podría, por tanto, utilizarse para probar la complementación de genes heterólogos de otros hongos o de plantas, potencialmente implicados en tales procesos.

La caracterización de transportadores implicados en la excreción de aminoácidos en S. cerevisiae cobra mayor sentido si se tiene en cuenta que algunos de éstos han sido ya identificados en bacterias, las que se ha demostrado que estos sistemas catalizan procesos de transporte activo (Eggeling y Sahm, 2003; Krämer, 1994). En mamíferos, se conocen igualmente transportadores implicados en la salid de aminoácidos de la célula, que en estos eucariotas superiores puede tener lugar mediante excreción a través de transportadores de la membrana plasmática (Chaudhry et al., 1999), o mediante exocitosis por medio de vesículas que han sido previamente cargadas de aminoácidos (Eiden, 2000).

En esta Tesis se ha abordado la caracterización de sistemas de excreción de aminoácidos en S. cerevisiae mediante el uso de mutantes HOM3-R, superproductores y excretores de treonina y homoserina, aislados previamente en el grupo de investigación en el que se enmarca este trabajo (Martin-Rendon et al., 1993; Ramos y Calderon, 1992; Regenberg et al., 1999). Se ha investigado el fenómeno de excreción de treonina y homoserina desde tres acercamientos diferentes: 1) la caracterización de los sistema de entrada de esos aminoácidos, así como el papel desempeñado en su trasiego hacia fuera y hacia dentro de la célula; 2) el desarrollo de condiciones de cultivo que favorezcan y estabilicen los ensayos de excreción; y 3) el hallazgo y la caracterización de proteínas implicadas específicamente en la excreción de treonina y homoserina.

Todas las células presentan la capacidad de expulsar solutos al exterior. Esta capacidad cumple principalmente funciones de comunicación y destoxificación. Gracias a los sistemas de excreción, las células se deshacen de los compuestos tóxicos que provienen del medio ambiente, así como de los productos de desecho de su propio metabolismo. Estos sistemas intervienen también en procesos de comunicación intercelular pues median la expulsión de moléculas señalizadoras. Asimismo, los mecanismos de competencia entre organismos se sirven de los sistemas de excreción para liberar sustancias deletéreas.

En particular, la excreción de aminoácidos al medio externo es un hecho que puede, a priori, parecer sorprendente dado el papel esencial que estos compuestos cumplen como constituyentes fundamentales de las proteínas y como elementos centrales del metabolismo. Existen sin embargo, estudios que sugieren que la excreción de aminoácidos es un fenómeno más extendido de lo que cabría esperar, y no sólo entre organismos superiores sino también entre microorganismos como bacterias o levaduras.