Kalsiyum sinyal iletim yolağının glukoz metabolizmasında yer alan bazı genlerin transkripsiyonuna ve hücre döngüsünün kontrolüne etkilerinin incelenmesi

Abstract

Kalsiyum önemli bir biyometal iyonu olup hücrelerde birçok metabolik olayın kontrol edilmesinde sinyal yolaklarının aktivatörü olarak işlev görür. Kalsiyumun hücresel etkileri Kalsiyum-kalmodülin yolağı ile gerçekleşir. Crz1 Kalsiyum sinyaline yanıt olarak çok sayıda genin aktivasyonunu sağlayan transkripsiyon faktörüdür. Glukoz S. cerevisiae'da hücre içine HXT genleri tarafından kodlanan afiniteleri ve fizyolojik işlevleri farklı Hexose Transporter Proteinleri (Hxt) tarafından kolaylaştırılmış difüzyonla hücre içine alınır. HXT genlerinin ekspresyonları hücre dışı glukoz konsantrasyonu gibi farklı metabolik ve çevresel sinyallere göre kontrol edilir. Bu çalışmada kalsiyum sinyalinin hücreye glukoz transportu için gerekli olan HXT2, HXT4 ve trehaloz biyosententezinde işlevi olan TPS1 genleri transkripsiyonuna etkileri incelendi. Elde edilen sonuçlar kalsiyum sinyalinin HXT2, HXT4 ve TPS1 genleri transkripsiyonunu glukoz baskılamasının olduğu koşullarda aktive ettiğini gösterdi. Derepres koşullarda kalsiyum sinyalinin bu genlerde transkripsiyona önemli bir etkisinin olmadığı bulundu. Kalsiyuma bağlı olarak HXT2, HXT4 ve TPS1 genleri transkripsiyonlarının aktivasyonunda protein kinazlar olan Hog1p ve Snf1pnin kısmen işlevleri olduğu bulundu. Kalsiyumun üreme hızı ve hücre döngüsüne etkileri de incelendi. Kalsiyumun Snf1 kinaz aracılığı ile hücre döngüsünde G1-S aşamasına etki ettiği görüldü. Snf1 mutantı hücrelerde kalsiyum sinyaline yanıt olarak hücre döngüsünün G1 aşamasında durdurulduğu bulundu. Bu sonuçlara ek olarak kalsiyum sinyalinin hog1 mutantı hücrelerde aşırı glikojen birikimine yol açtığı da tespit edildi. HXT2, HXT4 ve TPS1 genleri promotor bölgelerine bağlanan potansiyel transkripsiyon faktörleri veri tabanlarına kayıtlı çalışmalardan incelendi. Elde edilen sonuçlar HXT2, HXT4 ve TPS1 geni transkripsiyonunun kalsiyuma bağlı aktivasyonunda birden çok transkripsiyon faktörünün işlevi olabileceğini göstermektedir.

Calcium is an important biometal ion and acts as an activator of signaling pathways in controlling many metabolic events in cells. The effects of calcium signaling are exerted through the calcium/calmodulin pathway. Crz1 is the transcription activator that activates the transcription of numerous genes in response to calcium signaling in yeast. Glucose is an important carbon and energy source for yeast and transported into yeast cells by hexose transporters (Hxts) via facilitated diffusion mechanisms. Transcription of HXT genes is regulated by different metabolic signals including external glucose concentration. Glucose can be metabolized in the glycolytic pathway. Besides, it can be converted in to reserve carbohydrates trehalose and glycogen in yeast. In this study, we have investigated the effects of calcium signaling on the expression of HXT2, HXT4, and TPS1 genes that are required for glucose transport and trehalose biosynthesis, respectively. Our results indicated that calcium signaling activates transcription of HXT2, HXT4, and TPS1 genes under glucose repressed conditions. Interestingly, calcium did not have any effects on the transcription of these genes under glucose derepressed growth conditions. Also, it appears that protein kinases Hog1p and Snf1p involves partially in the calcium-dependent activation of basal transcription in HXT2, HXT4, and TPS1 genes. We have also investigated the effects of calcium signaling on the growth rate and cell cycle regulation in yeast. Our results show that calcium acts on the cell cycle via Snf1 kinase and affects the G1 to S transition stage since calcium stops cell cycle in G1 stage in snf1 mutant yeasts. Calcium also interferes with the growth rate in yeast. Furthermore, our results indicated that calcium ions activate the glycogen storage in hog1 kinase-deficient yeasts. In silico analyses of the promoter regions of HXT2, HXT4 and TPS1 genes indicated that transcription of these genes is activated by multiple regulatory factors whose activities depend on calcium signaling.