Apoptoz, otofaji ve retrograde transkripsiyonun CYC1, SUC2 ve GPD1 genlerinin ekspresyonlarına etkilerinin incelenmesi

Abstract

Apoptoz hücrenin fizyolojik ve patalojik şartlarda kendini ortadan kaldırmasını sağlayan, bir programlanmış hücre ölüm mekanizmasıdır. Otofaji ise hücrede açlık durumlarında veya farklı uyaranların etkisi ile hasarlı organellerin ve bazı proteinlerin otofagosom denilen bir çift katlı membran yapısı içinde biriktirilerek geri dönüştürülmesidir. Retrograd kontrol ise mitakondriden nükleusa sinyal iletim mekanizması olup mitokondriyel hasarlar veya Krebs döngüsü bozuklukları ile aktive edilebilir. Bu sinyallere bağlı olarak aktive edilen transkripsiyon faktörleri nükleusa girerler ve hedef genleri ekspres ederek mitakondriyel hasarların onarılmasını sağlarlar. S. cerevisiae’da GPD1, CYC1 ve SUC2 genleri sırasıyla gliserol-3-fosfat dehidrojenaz enzimini, sitokrom-c, izoform-1 proteinini ve invertaz enzimini kodlarlar. Bu araştırmada S. cerevisiae’da apoptoz, otofaji ve retrograd kontrolün, GPD1, CYC1 ve SUC2 genlerinin transkripsiyonuna etkileri incelendi. Apoptoz koşullarının aktivasyonu ile GPD1, CYC1 ve SUC2 genleri transkripsiyonlarının baskıladığı görüldü. Otofaji koşullarında ise yaban tip maya suşunda GPD1 geni transkripsiyonunda düşük seviyelerde azalma görülürken, CYC1 geni transkripsiyonu etkilenmedi. SUC2 geni ekspresyonunun ise 3-kat baskılandığı görüldü. Apoptoz ve otofaji koşullarında Hog1p ve Tor1p kinazlarının bu genlerin transkripsiyonlarına farklı etkileri olduğu görüldü. İnvertaz aktivitesi ölçüldüğünde apoptozun invertaz sekresyonunu tamamen önlediği otofaji aktivasyonunun ise invertaz sekresyonuna önemli etkisi olmadığı bulundu. Retrograd kontrol mekanizmasının transkripsiyon faktörleri olan Rtg1/3p kompleksi retrograd hedef genlerinin promotorlarında R kutusu denilen sekansa bağlanmaktadır. GPD1, CYC1 ve SUC2 genlerinin promotorları R-kutusu sekansları için biyoinformatik araçlar ile analiz edildi. GPD1, CYC1 ve SUC2 genlerinin promotor bölgelerinde çok sayıda R-kutusu sekansı olduğu bulundu. Bu sonuçlar hücrede önemli metabolik işlevleri olan GPD1, CYC1 ve SUC2 genlerinin transkripsiyonlarının apoptoz, otofaji ve retrograd sinyal mekanizmalarına bağlı olarak belirli derecelerde kontrol edildiğini göstermektedir.

Apoptosis is a programmed cell death mechanism that allows the cell to eliminate itself in physiological and pathological conditions. Autophagy, which can be triggered by starvation or other stimuli, is the recycling of damaged organelles and misfolded proteins in a double membrane structure called an autophagosome. Retrograde control is the signaling pathway from the mitochondrion to the nucleus that is activated by mitochondrial damages and Krebs cycle disturbances. Upon activation by retrograde signaling, certain transcription factors enter the nucleus and activate the transcription of mitochondrial genes resulting in the repair of mitochondrial damages. In S. cerevisiae, GPD1, CYC1, and SUC2 genes encode glycerol-3-phosphate dehydrogenase enzyme, cytochrome-c isoform-1 protein, and invertase enzyme, respectively. In this study, the effects of apoptosis, autophagy and retrograde control on the transcription of GPD1, CYC1, and SUC2 genes were investigated. Activation of apoptosis conditions resulted in the transcriptional repression of GPD1, CYC1, and SUC2 genes. In autophagy conditions, while GPD1 gene transcription decreased at low levels in wild yeast strain, CYC1 gene transcription was not affected. Transcription of SUC2 repressed by 3-fold in autophagy induced conditions. It was observed that Hog1p and Tor1p kinases had different effects on the transcription of these genes under apoptosis and autophagy conditions. Our results also indicated that apoptosis conditions completely prevent invertase secretion. However, autophagy activation did not have severe effects on invertase secretion the yeast cells. The Rtg1/3p complex, which is the transcription factor of the retrograde control mechanism, binds to the sequence called R box in the promoters of the retrograde targeted genes. The promoter regions of the GPD1, CYC1, and SUC2 genes were analyzed for R box sequences using bioinformatics tools, and multiple R-boxes were identified within the promoter regions of those genes. Altogether, these results indicate that transcription of GPD1, CYC1, and SUC2 genes, which have significant metabolic functions in cells, are controlled at certain levels depending on autophagy, apoptosis, and retrograde signaling.