Procesamiento de información extracelular por sistemas de transducción de señales: determinación de concentración absoluta y dirección de gradientes de feromona sexual en Saccharomyces cerevisiae

Abstract

Las vías de señalización celulares son las encargadas de transmitir la información sobre el estado del ambiente intra y extracelular. En el sistema de respuesta a feromona sexual (SRF), las células de levadura Saccharomyces cerevisiae convierten señales externas en medidas cuantitativas para tomar decisiones sobre su destino. Para aparearse, las levaduras deben evaluar la proximidad y la dirección de la compañera. Para ello, se comunican mediante la secreción y detección de feromonas sexuales. La concentración externa de feromona codifica la cercanía entre las células: sólo a altas concentraciones de la señal se produce el arresto del ciclo celular y la activación del programa de apareamiento. En el tipo sexual ?a? la molécula que sensa la feromona es un receptor acoplado a proteína G, Ste2. Una característica notable de este sistema es que, a pesar de existir una elevada variabilidad en la cantidad de receptor en las distintas células, la respuesta de la población es uniforme. Resultados previos de nuestro laboratorio, basados en modelado matemático, indicaban que el SRF era capaz de medir la fracción de receptor ocupado en lugar de la cantidad total de complejo ligando-receptor y, así, responder de forma independiente al número de receptores Esta propiedad radica en que el receptor presenta actividades antagónicas: cuando está ocupado activa la respuesta mientras que cuando está desocupado la inhibe. En esta tesis, se demuestra que la medición fraccional depende la unión al receptor de una proteína inhibitoria (Sst2). Mutantes en que esta asociación se encuentra bloqueada pierden tanto la medición fraccional como la robustez al cambio en la cantidad de receptores.Por otro lado, dado que las levaduras son sésiles, la detección de la concentración externa de feromona no es suficiente para lograr el apareamiento: las células deben crecer en dirección a su compañera. En la determinación de la dirección del gradiente, el receptor unido a ligando recluta a la maquinaria de polarización para dirigir el crecimiento celular hacia la fuente de feromona. Sin embargo, esta maquinaria es compartida con el proceso de gemación que polariza utilizando marcas internas. Para estudiar la competencia entre el gradiente de feromona y estas marcas internas, se expuso a células a gradientes artificiales generados mediante microfluídica. Los resultados revelaron una compleja interacción entre las marcas internas y el gradiente externo donde algunas proteínas de posicionamiento orientan la polarización de forma dependiente de feromona (Rax1/2, Rsr1) y otras de forma independiente de la señal (Bud8, Bud9, Axl2). Se pudo comprobar que estas marcas interfieren con la detección de la dirección del gradiente.En conclusión, en esta tesis se describen dos aspectos fundamentales del procesamiento de la información extracelular: la medición fraccional de la concentración externa de una señal y su competencia con información proveniente del medio interno a la hora de polarizar en la dirección de un gradiente. Ambos aspectos resultan claves para comprender el proceso de apareamiento celular.