Novos aspectos da desintoxicação de cádmio em Saccharomyces cerevisiae : regulação do transportador Ycf1p durante o metabolismo respiratório e contribuição de transportadores de cálcio

Abstract

Cádmio (Cd²+) é um metal pesado tóxico para os sistemas biológicos e que pode competir com íons essenciais como Zn²+, Ca²+ e Mg²+ por seus respectivos sistemas de transporte. Em S. cerevisiae, íons Cd²+ podem ser conjugados com GSH formando complexos Cd.[GS]2 - os quais são internalizados no vacúolo pelo transporatador Ycf1p. Neste trabalho, foi feita uma análise comparativa da atuação de Ycf1p na desintoxicação de Cd²+ durante o metabolismo fermentativo e respiratório de S. cerevisiae. Adicionalmente, foi realizada uma investigação sobre a contribuição de transportadores de cálcio (Ca²+) para a tolerância ao Cd²+. Os resultados mostram que, durante o metabolismo respiratório, o mutante ycf1Δ é mais tolerante à Cd²+ e aos oxidantes t-BOOH e H2O2 do que a linhagem selvagem. Esta tolerância possivelmente está relacionada com o maior conteúdo de GSH presente nas células ycf1Δ. Na linhagem selvagem BY4741, a atividade do promotor YCF1 sofre uma queda gradual durante a transição do metabolismo fermentativo para o respiratório e a sua indução em resposta à Cd²+ depende da disponibilidade de GSH. Estes dados indicam que a atividade de Ycf1p pode, direta ou indiretamente, influenciar a homeostase de GSH e que as células de S. cerevisiae devem possuir mecanismos independentes de Ycf1p para conter a toxicidade do Cd²+ em situações nas quais a disponibilidade de GSH esteja comprometida. Neste contexto, os resultados do trabalho mostram também que as ATPases de Ca²+ Pmr1p e Pmc1p podem contribuir para a tolerância ao Cd²+. Na linhagem selvagem BY4741 o tratamento com Cd²+ promove aumento da expressão de PMC1 e este aumento é ainda maior nos mutantes ycf1Δ. O gene PMR1 só é induzido por Cd²+ na ausência do gene YCF1 funcional. Entretanto, no mutante pmr1Δ a expressão basal de YCF1 e PMC1 é maior do que na linhagem selvagem (70% e 200%, respectivamente). Adicionalmente, a ausência de Pmr1p funcional está associada a um acúmulo crescente, tempo dependente, de Cd²+ intracelular. Por outro lado, a linhagem selvagem BY4741 alterna fases de captação e exportação do metal. Os resultados apontam para Pmr1p e Pmc1p como proteínas auxiliares na desintoxicação de Cd²+ em S. cerevisiae, as quais possivelmente são ativadas em situações onde a formação e posterior importação de complexos Cd-[GS]2 por Ycf1p não é adequada ao metabolismo celular.

Cadmium (Cd²+) is a heavy metal highly toxic to biological systems, which can compete with essential ions like Zn²+, Ca²+ e Mg²+ for their respective transport systems. In the yeast S. cerevisiae, Cd²+ can be conjugated with GSH generating complexes of Cd - [GS]2 which, in turn, are removed from the cytosol to the vacuole by specific transmembrane proteins such as the glutathione-conjungated transporter Ycf1p. In this work the role of Ycf1p in Cd²+ detoxification during respiratory metabolism of S. cerevisiae was investigated. In addition, the contribution of Ca²+ transporters for Cd²+ detoxification was analized. The results showed that in respiratory condition the mutant ycf1Δ is more tolerant to Cd²+ and to the oxidants t-BOOH and H2O2 than the wild-type strain. This tolerance is probably related to the high content of GSH present in the ycf1Δ mutant. Expression of the YCF1 promoter in the wild type strain is naturally downregulated after the transition from fermentative to respiratory metabolism (diauxic shift), and its induction in response to Cd²+ is dependent on GSH availability. These data indicate that Ycf1p activity can, in some way, influence GSH intracellular homeostasis. Therefore, yeast cells may have an Ycf1p-independent mechanism to cope with Cd²+ toxicity when GSH availability is compromised. Accordingly, the results of this work point also to the contribution of the Ca²+-ATPases Pmc1p and Pmr1p to Cd²+ detoxification. In the BY4741 wild-type strain, Cd²+ treatment triggers an increase in PMC1 expression, and this increase is even greater in the ycf1Δ mutant strain. The PMR1 gene is induced by Cd²+ only in the absence of the functional YCF1 gene. However, the basal expression of YCF1 and PMC1 is higher in the pmr1Δ mutant than in wild-type cells (70% and 200%, respectively). In addition, the absence of the functional Pmr1p is associated with a crescent, timedependent, Cd²+ uptake by the cells. Unlikely, alternating phases of uptake and export of metal are observed in BY4741 wild-type cells. The results indicate that Pmr1p and Pmc1p can act as accessory proteins for Cd²+ detoxification, which possibly are activated when the formation and subsequent import of Cd-[GS]2 by Ycf1p is not adequate to cellular metabolism.