Pleiotropic Effects of Knockout Mutations in the TPS1 and TPS2 Genes Encoding Trehalose Biosynthesis Enzymes of Saccharomyces cerevisiae

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The TPS1 and TPS2 genes encoding trehalose-6-phosphate synthase and trehalose-6-phosphate phosphatase play an important role in protecting yeast and fungal cells from temperature stress, dehydration and oxidants, since resistance to these stresses requires accumulation of trehalose. In this work, it was shown that Saccharomyces cerevisiae strains with knockout mutations in the TPS1 and TPS2 genes have greater resistance to heavy metal ions and alkaline stress compared to the parental strain. These mutations do not lead to significant changes in the polyphosphate content in the cells, indicating the absence of a direct relationship between phosphorus homeostasis and the ability to accumulate trehalose. In the cells of Δtps2 the change in localization of cell wall protein Bgl2p was observed: this protein appeared to be intracellular. It is assumed that the resistance of knockout strains to heavy metal ions and alkali is associated with additional pleiotropic effects of these mutations.

作者简介

E. Kulakovskaya

FRC “Pushchino Scientific Center for Biological Research of the Russian Academy of Sciences”, G.K. Skryabin Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms

Email: e.kulakovskya@ibpm.ru
Pushchino, Russia

V. Torgov

N.D. Zelinsky Institute of Organic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

N. Nifantiev

N.D. Zelinsky Institute of Organic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

V. Rekstina

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Biology, Department of Molecular Biology

Moscow, Russia

T. Kalebina

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Biology, Department of Molecular Biology

Moscow, Russia

参考

  1. Трилисенко Л.В., Валиахметов А.Я., Кулаковская Т.В. Физиологические особенности Saccharomyces cerevisiae при сверхэкспрессии полифосфатазы Pрх1 // Микробиология. 2023. Т. 92. С. 396–403.
  2. Trilisenko L.V., Valiakhmetov A.Ya., Kulakovskaya T.V. Physiological characteristics of Saccharomyces cerevisiae strain overexpressing polyphosphatase Ppx1 // Microbiology (Moscow). 2023. V. 92. P. 545‒551.
  3. Трилисенко Л.В., Ледова Л.А., Рязанова Л.П., Кулаковская Е.В., Томашевский А.А., Кулаковская Т.В. Полифосфаты, полифосфатазная активность и устойчивость к стрессам нокаут-мутантов генов Saccharomyces cerevisiae, кодирующих полифосфатазы Ppn1 и Ppn2 // Biologia et Biotechnologia. 2024. Т. 1. С. 2‒11.
  4. Trilisenko L.V., Ledova L.A., Ryazanova L.P., Kulakovskaya E.V., Tomashevsky A.A., Kulakovskaya T.V. Polyphosphates, polyphosphatase activity and stress resistance of knockout mutants in the PPN1 and PPN2 genes of Saccharomyces cerevisiae Ppn1 and Ppn2 // Biologia et Biotechnologia. 2024. V. 1. Art. 4. http://dx.doi.org/10.21203/rs.3.rs-3845419/v1
  5. Феофилова Е.П., Усов А.И., Мысякина И.С., Кочкина Г.А. Трегалоза: особенности химического строения, биологические функции и практическое значение // Микробиология. 2014. Т. 83. С. 271–283.
  6. Feofilova E.P., Usov A.I., Mysyakina I.S., Kochkina G.A. Trehalose: chemical structure, biological functions and practical application // Microbiology (Moscow). 2014. V. 83. P. 184–194. https://doi.org/10.1134/S0026261714020064
  7. Andreeva N., Ledova L., Ryazanova L., Tomashevsky A., Kulakovskaya T., Eldarov M. Ppn2 endopolyphosphatase overexpressed in Saccharomyces cerevisiae: comparison with Ppn1, Ppx1, and Ddp1 polyphosphatases // Biochimie. 2019. V. 163. P. 101‒107.
  8. Cervantes-Chavez J.A., Valdes-Santiago L., Bakkeren G., Hurtado-Santiago E., León-Ramírez C.G., Esquivel-Naranjo E.U., Landeros-Jaime F., Rodríguez-Aza Y., Herrera J.R. Trehalose is required for stress resistance and virulence of the Basidiomycota plant pathogen Ustilago maydis // Microbiology (Reading). 2016. V. 162. P. 1009–1022.
  9. Chen A., Smith J.R., Tapia H., Gibney P.A. Characterizing phenotypic diversity of trehalose biosynthesis mutants in multiple wild strains of Saccharomyces cerevisiae // G3 (Bethesda). 2022. V. 12. Art. 196.
  10. Divate N.R., Chen G.H., Wang P.M., Ou B.R., Chung Y.C. Engineering Saccharomyces cerevisiae for improvement in ethanol tolerance by accumulation of trehalose // Bioengineered. 2016. V. 7. P. 445–458. https://doi.org/10.1080/21655979.2016.1207019
  11. Estruch F. Stress-controlled transcription factors, stress-induced genes and stress tolerance in budding yeast // FEMS Microbiol. Rev. 2000. V. 24. P. 469‒486.
  12. Gomes A.M.V., Orlandi A.C.A.L., Parachin N.S. Deletion of the trehalose tps1 gene in Kluyveromyces lactis does not impair growth in glucose // FEMS Microbiol. Lett. 2020. V. 367. Art. 072.
  13. Goughenour K., Creech A., Xu J., He X., Hissong R., Giamberardino C., Tenor J., Toffaletti D., Perfect J., Olszewski M. Cryptococcus neoformans trehalose-6-phosphate synthase (tps1) promotes organ-specific virulence and fungal protection against multiple lines of host defenses // Front. Cell Infect. Microbiol. 2024. V. 14. Art. 1392015.
  14. Guirao-Abad J.P., Pujante V., Sanchez-Fresneda R., Yague G., Arguelles J.C. Sensitivity of the Candida albicans trehalose-deficient mutants tps1Δ and tps2Δ to amphotericin B and micafungin // J. Med. Microbiol. 2019. V. 68. P. 1479–1488.
  15. Jiang H., Liu G.L., Chi Z., Hu Z., Chi Z.M. Genetics of trehalose biosynthesis in desert-derived Aureobasidium melanogenum and role of trehalose in the adaptation of the yeast to extreme environments // Curr. Genet. 2018. V. 64. P. 479‒491.
  16. Kalebina T.S., Laurinavichiute D.K., Packeiser A.N., Morenkov O.S., Ter-Avanesyan M.D., Kulaev I.S. Correct GPI-anchor synthesis is required for the incorporation of endoglucanase/glucanosyltransferase Bgl2p into the Saccharomyces cerevisiae cell wall // FEMS Microbiol. Lett. 2002. V. 210. P. 81‒85.
  17. Kalebina T.S., Plotnikova T.A., Gorkovskii A.A., Selyakh I.O., Galzitskaya O.V., Bezsonov E.E., Gellissen G., Kulaev I.S. Amyloid-like properties of Saccharomyces cerevisiae cell wall glucantransferase Bgl2p: prediction and experimental evidences // Prion. 2008. V. 2. P. 91‒96.
  18. Kandror O., Bretschneider N., Kreydin E., Cavalieri D., Goldberg A.L. Yeast adapt to near-freezing temperatures by STRE/Msn2,4-dependent induction of trehalose synthesis and certain molecular chaperones // Mol. Cell. 2004. V. 13. P. 771–781.
  19. Kawahata M., Masaki K., Fujii T., Iefuji H. Yeast genes involved in response to lactic acid and acetic acid: acidic conditions caused by the organic acids in Saccharomyces cerevisiae cultures induce expression of intracellular metal metabolism genes regulated byAft1p // FEMS Yeast Res. 2006. V. 6. P. 924–936.
  20. Kim B., Lee Y., Choi H., Huh W.K. The trehalose-6-phosphate phosphatase Tps2 regulates ATG8 transcription and autophagy in Saccharomyces cerevisiae // Autophagy. 2021. V. 17. P. 1013–1027.
  21. Kulakovskaya T. Inorganic polyphosphates and heavy metal resistance in microorganisms // World J. Microbiol. Biotechnol. 2018. V. 34. Art. 139. https://doi.org/10.1007/s11274-018-2523-7
  22. Kwon H.B., Yeo E.T., Hahn S.E., Bae S.C., Kim D.Y., Byun M.O. Cloning and characterization of genes encoding trehalose-6-phosphate synthase (TPS1) and trehalose-6-phosphate phosphatase (TPS2) from Zygosaccharomyces rouxii // FEMS Yeast Res. 2003. V. 3. P. 433‒440.
  23. Mahmud S.A., Nagahisa K., Hirasawa T., Yoshikawa K., Ashitani K., Shimizu H. Effect of trehalose accumulation on response to saline stress in Saccharomyces cerevisiae // Yeast. 2009. V. 26. P. 17‒30.
  24. Mahmud S.A., Hirasawa T., Shimizu H. Differential importance of trehalose accumulation in Saccharomyces cerevisiae in response to various environmental stresses // J. Biosci. Bioeng. 2010. V. 109. P. 262‒266.
  25. Martinez-Esparza M., Martinez-Vicente E., Gonzalez-Parraga P., Ros J.M., Garcia-Penarrubia P., Arguelles J.C. Role of trehalose-6P phosphatase (TPS2) in stress tolerance and resistance to macrophage killing in Candida albicans // Int. J. Med. Microbiol. 2009. V. 299. P. 453‒464.
  26. McMillan S.D., Oberlie N.R., Hardtke H.A., Montes M.M., Brown D.W., McQuade K.L. A secondary function of trehalose-6-phosphate synthase is required for resistance to oxidative and desiccation stress in Fusarium verticillioides // Fungal Biol. 2023. V. 127. P. 918‒926.
  27. Motorin N.A., Makarov G.I., Rekstina V.V., Evtushenko E.G., Sabirzyanov F.A., Ziganshin R.H., Shaytan A.K., Kalebina T.S. Yeast glucan remodeling protein Bgl2p: amyloid properties and the mode of attachment in cell wall // Int. J. Mol. Sci. 2024. V. 25. Art. 13703. https://doi.org/10.3390/ijms252413703
  28. Pereira M.D., Eleutherio E.C.A., Panek A.D. Acquisition of tolerance against oxidative damage in Saccharomyces cerevisiae // BMC Microbiol. 2001. V. 1. Art. 11. https://doi.org/10.1186/1471-2180-1-11
  29. Rekstina V.V., Sabirzyanova T.A., Sabirzyanov F.A., Adzhubei A.A., Tkachev Y.V., Kudryashova I.B., Snalina N.E., Bykova A.A., Alessenko A.V., Ziganshin R.H., Kuznetsov S.A., Kalebina T.S. The post-translational modifications, localization, and mode of attachment of non-covalently bound glucanosyltransglycosylases of yeast cell wall as a key to understanding their functioning // Int. J. Mol. Sci. 2020. V. 21. Art. 8304.
  30. Schmidt M., Akasaka K., Messerly J.T., Boyer M.P. Role of Hog1, Tps1 and Sod1 in boric acid tolerance of Saccharomyces cerevisiae // Microbiology (Reading). 2012. V. 158. P. 2667–2678.
  31. Serra-Cardona A., Canadell D., Arino J. Coordinate responses to alkaline pH stress in budding yeast // Microb. Cell Graz Austria. 2015. V. 2. P. 182–196.
  32. Stambuk B.U., De Araujo P.S., Panek A.D., Serrano R. Kinetics and energetics of trehalose transport in Saccharomyces cerevisiae // Eur. J. Biochem. 1996. V. 237. P. 876‒881.
  33. Tan H., Dong J., Wang G., Xu H., Zhang C., Xiao D. Enhanced freeze tolerance of baker’s yeast by overexpressed trehalose-6-phosphate synthase gene (TPS1) and deleted trehalase genes in frozen dough // J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2014. V. 41. P. 1275–1285.
  34. Vagabov V.M., Trilisenko L.V., Kulakovskaya T.V., Kulaev I.S. Effect of a carbon source on polyphosphate accumulation in Saccharomyces cerevisiae // FEMS Yeast Res. 2008. V. 8. P. 877‒882.
  35. Yoshikawa Y., Matsumoto K., Nagata K., Sato T. Extraction of trehalose from thermally-treated bakers’ yeast // Biosci. Biotech. Biochem. 1994. V. 58. P. 1226‒1230.
  36. Yuan B., Wang W.B., Wang Y.T., Zhao X.Q. Regulatory mechanisms underlying yeast chemical stress response and development of robust strains for bioproduction // Curr. Opin. Biotechnol. 2024. V. 86. Art. 103072.
  37. Zaragoza O., Blazquez M.A., Gancedo C. Disruption of the Candida albicans TPS1 gene encoding trehalose-6-phosphate synthase impairs formation of hyphae and decreases infectivity // J. Bacteriol. 1998. V. 180. P. 3809–3815.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
下载 (568KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».