Ukr.Biochem.J. 2014; Том 86, №1, січень-лютий, c. 75-84

doi: http://dx.doi.org/10.15407/ubj86.01.075

Транскрипційна регуляція гену GSH2 Hansenula polymorpha у відповідь на дію іонів кадмію

04.06.2015   Uncategorized   No comments

О. В. Блаженко, А. Б. Котлярчук, В. М. Убийвовк

Інститут біології клітини НАН України, Львів;
e-mail: Oleksandra.Blazhenko@googlemail.com

Попередньо нами було клоновано ген GSH2, що кодує γ-глутамілцистеїнсинтетазу (γGCS) у дріжджів Hansenula рolymorpha. У цій роботі проведено аналіз молекулярної організації промотору гену GSH2 H. рolymorpha і виявлено ймовірні сайти зв’язування транскрипційних факторів Yap1, Skn7, Creb/Atf1 та Cbf1. З’ясовано, що для повноцінної регуляції експресії гену GSH2 у відповідь на кадмієвий та оксидативний стрес необхідна довжина промотору GSH2 більша за 450 п.н. від початку ініціації трансляції. Для дослідження транскрипційної регуляції гену GSH2 H. polymorpha сконструйовано рекомбінантний штам, що містить репортерну касету, в якій регуляторна ділянка гену GSH2 розміром 1,832 т.п.н. злита зі структурною та термінаторною ділянками гену алкогольоксидази. Показано, що транскрипція гену GSH2 H. polymorpha максимально підвищується на 33% в багатому середовищі за 4-годинної інкубації з концентрацією іонів кадмію 1 мкМ. У мінімальному середовищі експресія гену GSH2 не корелює з підвищенням рівнів загального клітинного глутатіону за дії іонів кадмію. Висловлено припущення, що підвищення вмісту загального клітинного глутатіону за кадмієвого стресу у дріжджів H. polymorpha ймовірно не контролюється на рівні транскрипції гену GSH2.

Ключові слова: , , , ,

Посилання:

  1. Hengstler JG, Bolm-Audorff U, Faldum A, Janssen K, Reifenrath M, Götte W, Jung D, Mayer-Popken O, Fuchs J, Gebhard S, Bienfait HG, Schlink K, Dietrich C, Faust D, Epe B, Oesch F. Occupational exposure to heavy metals: DNA damage induction and DNA repair inhibition prove co-exposures to cadmium, cobalt and lead as more dangerous than hitherto expected. Carcinogenesis. 2003 Jan;24(1):63-73. PubMed, CrossRef
  2. Stohs SJ, Bagchi D. Oxidative mechanisms in the toxicity of metal ions. Free Radic Biol Med. 1995 Feb;18(2):321-36. Review. PubMed, CrossRef
  3. Diffels JF, Seret ML, Goffeau A, Baret PV. Heavy metal transporters in Hemiascomycete yeasts. Biochimie. 2006 Nov;88(11):1639-49. PubMed, CrossRef
  4. Li ZS, Lu YP, Zhen RG, Szczypka M, Thiele DJ, Rea PA. A new pathway for vacuolar cadmium sequestration in Saccharomyces cerevisiae: YCF1-catalyzed transport of bis(glutathionato)cadmium. Proc Natl Acad Sci USA. 1997 Jan 7;94(1):42-7. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  5. Vande Weghe JG, Ow DW. Accumulation of metal-binding peptides in fission yeast requires hmt2+. Mol Microbiol. 2001 Oct;42(1):29-36. PubMed, CrossRef
  6. Bachhawat A. K., Ganguli D., Kaur J. et al. Glutathione production in yeast. Yeast Biotechnology: Diversity and Applications. Edited by Satyanarayana T., Kunze G.  Springer Science+Business Media B. V., 2009. P. 259-280. CrossRef
  7. Westwater J, McLaren NF, Dormer UH, Jamieson DJ. The adaptive response of Saccharomyces cerevisiae to mercury exposure. Yeast. 2002 Feb;19(3):233-9. PubMed, CrossRef
  8. Sugiyama K, Izawa S, Inoue Y. The Yap1p-dependent induction of glutathione synthesis in heat shock response of Saccharomyces cerevisiae. J Biol Chem. 2000 May 19;275(20):15535-40. PubMed, CrossRef
  9. Zhang L, Onda K, Imai R, Fukuda R, Horiuchi H, Ohta A. Growth temperature downshift induces antioxidant response in Saccharomyces cerevisiae. Biochem Biophys Res Commun. 2003 Jul 25;307(2):308-14. PubMed, CrossRef
  10. Momose Y, Kitagawa E, Iwahashi H. Comparison of Genome-wide Expression Patterns in Response to Heavy Metal Treatment in Saccharomyces cerevisiae. 1) Cadmium and mercury. Chem-Bio Informatics J. 2001;1(1):41–50. CrossRef
  11. Dormer UH, Westwater J, McLaren NF, Kent NA, Mellor J, Jamieson DJ. Cadmium-inducible expression of the yeast GSH1 gene requires a functional sulfur-amino acid regulatory network. J Biol Chem. 2000 Oct 20;275(42):32611-6. PubMed, CrossRef
  12. Kim SJ, Park EH, Lim CJ. Stress-dependent regulation of the gene encoding gamma-glutamylcysteine synthetase from the fission yeast. Mol Biol Rep. 2004 Mar;31(1):23-30. PubMed, CrossRef
  13. Nguyen AN, Lee A, Place W, Shiozaki K. Multistep phosphorelay proteins transmit oxidative stress signals to the fission yeast stress-activated protein kinase. Mol Biol Cell. 2000 Apr;11(4):1169-81. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  14. Ubiyvovk VM, Nazarko TY, Stasyk OG, Sohn MJ, Kang HA, Sibirny AA. GSH2, a gene encoding gamma-glutamylcysteine synthetase in the methylotrophic yeast Hansenula polymorpha. FEMS Yeast Res. 2002 Aug;2(3):327-32. PubMed
  15. Ubiyvovk VM, Blazhenko OV, Zimmermann M, Sohn MJ, Kang HA. Cloning and functional analysis of the GSH1/MET1 gene complementing cysteine and glutathione auxotrophy of the methylotrophic yeast Hansenula polymorpha. Ukr Biokhim Zhurn. 2011 Sep-Oct;83(5):67-81. PubMed
  16. Blazhenko OV, Zimmermann M, Kang HA, Bartosz G, Penninckx MJ, Ubiyvovk VM, Sibirny AA. Accumulation of cadmium ions in the methylotrophic yeast Hansenula polymorpha. Biometals. 2006 Dec;19(6):593-9. PubMed, CrossRef
  17. Ubiyvovk VM1, Nazarko TIu, Stasyk EG, Sibirny AA. Cloning of the GSH1 and GSH2 genes complementing the defective biosynthesis of glutathione in the methylotrophic yeast Hansenula polymorpha. Mikrobiologiia. 2002 Nov-Dec;71(6):829-35. PubMed
  18. Sambrook J., Fritsch E. F., Maniatis T. Molecular Cloning: a Laboratory Manual, 2nd ed. NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989.  510 p.
  19. Lowry OH, Rosebrough NJ, Farr AL, Randall RJ. Protein measurement with the Folin phenol reagent. J Biol Chem. 1951 Nov;193(1):265-75. PubMed
  20. Titorenko VI, Keizer I, Harder W, Veenhuis M. Isolation and characterization of mutants impaired in the selective degradation of peroxisomes in the yeast Hansenula polymorpha. J Bacteriol. 1995 Jan;177(2):357-63. PubMed, PubMedCentral
  21. He XJ, Fassler JS. Identification of novel Yap1p and Skn7p binding sites involved in the oxidative stress response of Saccharomyces cerevisiae. Mol Microbiol. 2005 Dec;58(5):1454-67. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  22. Fujii Y, Shimizu T, Toda T, Yanagida M, Hakoshima T. Structural basis for the diversity of DNA recognition by bZIP transcription factors. Nat Struct Biol. 2000 Oct;7(10):889-93. PubMed, CrossRef
  23. Chen G, Shin JA. AhR/Arnt:XRE interaction: turning false negatives into true positives in the modified yeast one-hybrid assay. Anal Biochem. 2008 Nov 15;382(2):101-6.  PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  24. Zhang L, Savas U, Alexander DL, Jefcoate CR. Characterization of the mouse Cyp1B1 gene. Identification of an enhancer region that directs aryl hydrocarbon receptor-mediated constitutive and induced expression. J Biol Chem. 1998 Feb 27;273(9):5174-83. PubMed, CrossRef
  25. Baudouin-Cornu P, Labarre J. Regulation of the cadmium stress response through SCF-like ubiquitin ligases: comparison between Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe and mammalian cells. Biochimie. 2006 Nov;88(11):1673-85. Review. PubMed, CrossRef
  26.  Sohn MJ, Ubiyvovk VM, Oh DB. et al.. Book of Abstracts of 12-th International Congress on Yeasts. Yeasts for Human Progress “Reconstruction of sulfur metabolism pathway in Hansenula polymorpha based on transcriptome and metabolite analysis”. Kyiv, Ukraine, 2008. Р. 125.
  27. Sohn MJ. Global transcriptional response of methylotrophic yeast Hansenula polymorpha to environmental stress and its application: effects of Cd treatment and sulfur limitation: Master’s thesis. Daejeon, Korea, 2006. 70 p.
  28. Hicks LM, Cahoon RE, Bonner ER, Rivard RS, Sheffield J, Jez JM. Thiol-based regulation of redox-active glutamate-cysteine ligase from Arabidopsis thaliana. Plant Cell. 2007 Aug;19(8):2653-61.  PubMed, PubMedCentral, [ct id=”http://dx.doi.org/10.1105/tpc.107.052597″]
  29. Baudouin-Cornu P, Lagniel G, Kumar C, Huang ME, Labarre J. Glutathione degradation is a key determinant of glutathione homeostasis. J Biol Chem. 2012 Feb 10;287(7):4552-61. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.