Study of the role of Pap1 as a sensor of H2O2 and as a transcriptional activator of stress responses in Schizosaccharimyces pombe

Calvo Arnedo, María Isabel

Study of the role of Pap1 as a sensor of H2O2 and as a transcriptional activator of stress responses in Schizosaccharimyces pombe

Document Type

Doctoral thesis
Published Version

Author

Calvo Arnedo, María Isabel

Director

Hidalgo Hernando, Elena

Publication Date

2012-12-21

Pages

227 p.

Citation

Calvo Arnedo, M. Study of the role of Pap1 as a sensor of H2O2 and as a transcriptional activator of stress responses in Schizosaccharimyces pombe. Universitat Pompeu Fabra; 2012. handle: http://hdl.handle.net/10803/128679

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Doctoral program

Programa de doctorat en Biomedicina

Abstract

En el laboratorio se utiliza como sistema modelo la levadura Schizosaccaromyces pombe para poder estudiar la respuesta a estrés oxidativo. Las dos rutas principales de respuesta a estrés oxidativo son las del factor de transcripción Pap1 y la de la MAP quinasa Sty1. Cuando aplicamos a la célula bajas dosis de H2O2, Pap1 que se encuentra en el citoplasma en estado reducido, sufre un cambio conformacional, se oxida, y activo viaja al núcleo, donde se une a diferentes promotores para activar su transcripción. La caracterización de Pap1 como sensor de H2O2 y como factor de transcripción centran el trabajo de esta tesis. Respecto al mecanismo molecular de activación de Pap1, esta proteína necesita de varias cisteínas que son esenciales para su activación. Así como intentar averiguar qué papel juegan las diferentes proteínas que componen el sistema tiorredoxina en la activación-inactivación de Pap1. Con respecto al estudio de Pap1 como factor de transcripción, se ha visto que la expresión de genes Pap1 dependientes tiene diferentes requerimientos dependiendo de la localización y el estado de oxidación de Pap1, dando lugar a dos grupos de genes; antioxidantes y de resistencia a drogas. Para activar el primer grupo de genes, se necesita a Pap1 reducido y además la actividad conjunta con otra proteína, Prr1. Ambas necesitan de la presencia de la otra para llevar a cabo correctamente su función. Por el contrario, para activar los genes de resistencia a drogas es sólo suficiente con la localización nuclear de Pap1.
In our laboratory we used as a model the fission yeast S. pombe; which has specific sensors for oxidative stress, such as the transcription factor Pap1 (pombe AP-1-like). At the beginning of this project, it was known that the activation of Pap1, which is reduced and in the cytosol before stress, occurs mainly at low hydrogen peroxide (H2O2) concentrations, in a thioredoxin peroxidase (Tpx1)-dependent manner. With this work we have characterized Pap1 as a sensor of H2O2 and as a transcriptor factor. Regarding its role as a sensor of H2O2, we studied the molecular mechanism for its activation, the role of its different cysteine residues, and the participation of Tpx1, Trx1 and Trr1 in the activation and inactivation of Pap1-dependent manner. Secondly, we have studied the Pap1-dependent gene expression program. The expression of some Pap1-induced genes have different requirements regarding Pap1 activity/subcellular localization/oxidation state leading to two subsets of genes: the antioxidant and the drug resistance genes. Oxidized Pap1 forms a heterodimer with the constitutively nuclear transcription factor Prr1 to induce the antioxidant response. The ability of Pap1 to bind and activate drug tolerance promoters is independent on Prr1, whereas its ability to bind to the antioxidant promoters is significantly enhanced upon association with Prr1. Prr1 is recruited to promoters in an oxidized Pap1-dependent manner.

Keywords

Hydrogen peroxide, Fission yeast, Schizosaccaromyces pombe, Reactive oxygen species, Oxidative stress, Transcription factor, Pombe AP-1-like, Levadura de fisión, Especies reactivas de oxygeno, Estrés oxidativo, Factor de transcripción, Pap1, Oxidación, Reducción, Peróxido de hidrógeno o agua oxigenada