Saccharomyces cerevisiae maya türünde farklı kromatin modülatörlerinin NTH1 ve TPS1 gen ekspresyonuna etkilerinin analizi

Abstract

İndirgenmeyen bir disakkarit olan trehaloz, Saccharomyces cerevisiae maya türünde enerji ve karbon kaynağı olarak kullanılır. Trehalozun strese karşı koruyucu rolü de vardır. Trehalozun sentezi trehaloz sentaz enzim kompleksi (TPS kompleksi) ile, degredasyonu ise NTH1 geni tarafından kodlanan nötral trehalaz enzimi ile gerçekleşir. TPS kompleksinin katalitik alt birimlerinden trehaloz-6-fosfat sentetaz enzimi TPS1 geni tarafından kodlanır. TPS1 ve NTH1 genlerinin promotör bölgelerinde strese yanıt sırasında Msn2/4p transkripsiyon faktörlerinin bağlanması için gerekli olan STRE dizileri bulunur. Transkripsiyonel regülasyonda kromatin yapısını yeniden düzenleyen kompleksler bulunur. Bu kompleksler nükleozomlar üzerinde modifikasyonlara yol açarak transkripsiyon faktörlerinin bağlanmasına olanak sağlar. Yapılan biyoinformatik çalışmalar sonucunda NTH1 ve TPS1 promotörleri üzerinde transkripsiyon faktörlerinin bağlandığı bölgelerde dört adet nükleozom bulunduğu tespit edildi. Bu çalışmanın amacı, transkripsiyonel regülasyonda görevli olan kromatin yeniden modelleyici komplekslerden SWI/SNF, SWR1 ve SAGA komplekslerinin, NTH1 ve TPS1 gen ekspresyonu üzerine etkisinin saptanmasıdır. Bu amaçla TPS1-LacZ ve NTH1-LacZ gen füzyonlarını içeren plazmidler, Δswr1, Δspt7, Δsnf2 maya suşları ile yaban tip maya suşuna transforme edilerek hücrelerin beta galaktozidaz enzim aktivitesi ve hücre içi trehaloz miktarı belirlendi. Normal koşullarda yaban tip maya suşu ile karşılaştırıldığında, Δspt7 maya suşunun NTH1 gen ekspresyonunda anlamlı bir farklılık gözlenmezken, TPS1 gen ekspresyonunda 5 katlık bir artış gözlendi. Aynı koşullarda yaban tip maya suşu ile karşılaştırıldığında Δsnf2 maya suşunun TPS1 gen ekspresyonunda anlamlı bir farklılık gözlenmezken, NTH1 gen ekspresyonunda 3 katlık bir artış gözlendi. Normal koşullarda Δswr1 maya suşu yaban tip maya suşu ile karşılaştırıldığında ise NTH1 gen ekspresyonunda anlamlı bir farklılık gözlenmezken, TPS1 gen ekspresyonunda ise 2 katlık bir düşme gözlendi. Sonuç olarak TPS1 geninin transkripsiyonel baskılanmasında SAGA kompleksi, aktivasyonunda SWR1 kompleksi görev almaktadır. SWI/SNF kompleksi ise NTH1 geninin transkripsiyonel baskılanmasında rol oynarken TPS1 geni üzerinde etkisi bulunmamaktadır.

Trehalose, a non-reducing disaccharide, is used as a source of energy and carbon in budding yeast Saccharomyces cerevisiae. Trehalose also has a protective role against stress. Trehalose synthesis is performed by trehalose synthase enzyme complex (TPS complex), whereas degredation of trehalose is performed by neutral trehalase enzyme which encoded by NTH1 gene. The trehalose-6-phosphate synthetase enzyme from the catalytic subunits of the TPS complex is encoded by the TPS1 gene. In the promoter regions of TPS1 and NTH1 genes, there are STRE sequences that are required for binding of the Msn2p/4p transcription factors during response to stress. In transcriptional regulation there are complexes that remodel the chromatin structure. These complexes provide modifications on the nucleosomes, allowing the binding of transcription factors. As a result of bioinformatics studies, four nucleosomes were found on the NTH1 and TPS1 promoters with the regions where the transcription factors were bound. The aim of this study was to determine whether the SWI/SNF, SWR1 and SAGA complexes from the chromatin remodeling complexes involved in transcriptional regulation affect on the NTH1 and TPS1 gene expression. For this purpose, plasmids containing TPS1-LacZ and NTH1-LacZ gene fusions were transformed into wild type yeast strain and Δswr1, Δspt7, Δsnf2 yeast strains and beta galactosidase enzyme activity and intracellular trehalose were determined. Under non-stress conditions, there was no significant difference in NTH1 gene expression of Δspt7 yeast strain, while a 5-fold increase in TPS1 gene expression was observed. There was no significant difference in TPS1 gene expression of Δsnf2 yeast strain compared to wild type yeast strain, whereas 3-fold increase in NTH1 gene expression, was observed. Under non-stress conditions, there was no significant difference in NTH1 gene expression of Δswr1 yeast strain compared to wild type yeast strain, whereas a 2-fold decrease in TPS1 gene expression was observed. As a result, the SAGA complex is involved in the repression of the TPS1 gene, while the SWR1 complex is involved in the activation of the TPS1 gene. The SWI/SNF complex plays a role in transcriptional repression of the NTH1 gene and has no effect on the TPS1 gene.