Study of the factors that influence proteotoxic stress in yeast

Abstract

O stress proteotóxico resulta da acumulação de proteínas agregadas que destabilizam a homeostase do proteoma (proteostase). As células respondem à agregação de proteínas, induzindo e aumentando a expressão de chaperones moleculares, que auxiliam as proteínas a re-adquirir o seu estado nativo, do sistema ubiquitina-proteassoma e autofagia, que degradam estas proteínas. Disfunção destas respostas celulares conduz frequentemente a doença. Para clarificar a biologia do stress proteotóxico, expusemos células de levedura a 32 condições fisiológicas diferentes e, utilizámos uma metodologia que destabiliza o proteoma através da indução de erros de tradução do mRNA. Estes estudos demonstraram que várias substâncias químicas (como cloreto de cálcio, cloreto de cádmio, cloreto de lítio, cloreto de magnésio, trióxido de crómio, geneticina, menadiona e temperatura elevada) e erros ribossomais (incorporação incorrecta de serina nos codões dos restantes aminoácidos) induzem a formação de agregados proteicos. Os estudos mencionados acima foram realizados recorrendo a arrays de células. Os arrays de células são uma nova tecnologia com um número crescente de aplicações, nomeadamente na identificação de determinantes genéticos de doenças e nas relações dinâmicas entre células e o ambiente que as rodeia. São também uma ferramenta valiosa em estudos de análise de fenomas. Neste estudo, otimizámos esta nova técnica no nosso laboratório, de modo a facilitar os estudos do stress proteotóxico em curso no nosso laboratório.

Proteotoxic stress is associated with the accumulation of aggregated proteins in the cell. Cells respond to protein aggregation by inducting and up-regulating the expression of molecular chaperones, which help refold other proteins back into their native state, the ubiquitin-proteasome system and autophagy that lead to their degradation. Malfunction of these cellular responses leads frequently to disease. In order to clarify the biology of proteotoxic stress, we have exposed yeast cells to 32 physiological conditions and destabilized the proteome through ribosomal errors. The data show that many chemical stressors (namely, calcium chloride, cadmium chloride, chromium trioxide, geneticine, lithium chloride, magnesium chloride, menadione, and high temperature) and protein synthesis errors (misincorporation of serine at 19 non-cognate codons) induce the formation of protein aggregation. The above studies were carried out using cell-arrays. This new type of arrays has an increasing number of applications, namely in the identification of genetic determinants of disease and in the study of the dynamic relationship between cells and environment. It also has important advantages to study the phenome. In order to advance our knowledge of proteotoxic stress we have optimized this new technique in our laboratory during this MsC thesis project.