La seqüenciació del genoma de Saccharomyces cerevisiae al 1996 va revelar que el 60% dels aproximadament 6000 gens del llevat codificaven per proteïnes de funció desconeguda. Donat que el nostre laboratori investiga l'estructura i funció d'enzims de la superfamíla de les deshidrogenases/reductases de cadena mitja (MDR), vàrem realitzar una búsqueda en el genoma del llevat de possibles membres MDR encara no caracteritzats. Es van identificar 12 ORFs, dels quals 5 eren de funció desconeguda. La present tesi doctoral ha estudiat la funció de l'enzim codificat per un d'aquests gens, el YAL060W.S'ha clonat i expressat el gen YAL060W de S. cerevisiae per determinar l'activitat del seu producte gènic. El gen YAL060W, que s'ha anomenat BDH1, codifica per una butanodiol deshidrogenasa: la Bdh1p. Aquest enzim pertany a la superfamília enzimàtica de les MDR i és la primera butanodiol deshidrogenasa d'aquesta superfamília descrita en un organisme eucariòtic.Els principals substrats de l'enzim són l'acetoïna i el 2,3-butanodiol, i a més, és estereoespecífic pels isòmers d'aquests substrats en configuració R. Altres substrats de l'enzim són el diacetil i la 2,3-pentanodiona, a més de compostos amb grups diol, dicetona o hidroxicetona contigus. La Bdh1p és un enzim específic pel coenzim NAD(H). La Bdh1p s'expressa preferencialment a la fase estacionària quan s'esgota la glucosa del medi, així com quan es creix el llevat en fonts de carboni com l'etanol o la galactosa. S'ha identificat un altre enzim actiu amb diacetil i NADH en els homogenats de S. cerevisiae que ha resultat ser l'alcohol deshidrogenasa II (Adh2p). Aquest enzim és també actiu amb 2,3-pentanodiona, però no ho és amb acetoïna o 2,3-butanodiol. La reducció d'aquests compostos també és estereoespecífica però pels grups en configuració S.Durant la fermentació, S. cerevisiae produeix i acumula acetoïna i 2,3-butanodiol. La Bdh1p és la responsable de la producció de l'isòmer (2R,3R)-2,3-butanodiol. La deleció del gen BDH1 elimina l'acumulació d'aquest compost al medi així com l'activitat acetoïna reductasa en homogenats de llevat crescut en glucosa. Per tant, durant la fermentació alcohòlica la Bdh1p reduiria l'acetoïna sintetitzada a partir d'acetaldehid per la piruvat descarboxilasa, produint el 2,3-butanodiol. La Bdh1p seria l'enzim responsable d'aquesta branca secundària del metabolisme fermentatiu, que podria contribuir a regular el balanç redox de manera fina. En canvi la deleció dels gens ADH2 i YAL061W (amb un 51% d'identitat seqüencial amb el BDH1) no afecten al patró d'excreció del butanodiol, però es veu reduïda l'activitat diacetil reductasa en un 58% en fase exponencial i un 34% a la fase estacionària.Diacetil i 2,3-pentanodiona, també anomenats VDKs, són compostos organolèptics indesitjables que es produeixen durant la fabricació industrial de cervesa i que són eliminats durant un llarg període de maduració. Les VDKs són substrats de la Bdh1p, el que donava la possibilitat de que soques de llevat que sobreexpressessin la Bdh1p acceleressin l'eliminació d'aquests compostos i poguessin reduir el temps de maduració de la cervesa. Per això es va sobreexpressar la Bdh1p sota el control del promotor ADH1 en la soca industrial cervesera SID amb vectors centromèrics i multicòpia. Aquestes soques disminuïen, en certes condicions, l'acumulació de VDKs durant la fermentació del most. També es va modificar genèticament la mateixa soca industrial per tal de sobreexpressar la Bdh1p de manera estable, però la fermentació de most industrial amb aquesta soca modificada no va afectar els nivells d'acumulació de VDKs al medi. Les aplicacions biotecnològiques es varen estudiar amb la participació de l'empresa S.A. Damm. / The sequencing of the genome of the yeast Saccharomyces cerevisiae finished in 1996, revealing that approximately 60% of their 6000 genes, coded for proteins of unknown function. As our laboratory is interested in the relationship between the structure and function of medium chain dehydrogenases/reductases (MDR), we screened the yeast genome for MDR members uncharacterised until then. We identified 12 ORFs, 5 of which were of unknown function. The present doctoral thesis presents the studies carried out with the enzyme encoded by one of those genes, YAL060W.The YAL060W gene from S. cerevisiae has been cloned and expressed in a yeast vector. The gene, that we have named BDH1, codes for a butanediol dehydrogenase: Bdh1p. This enzyme is the first butanediol dehydrogenase described in an eukaryote, belonging to the MDR superfamily.Acetoin and 2,3-butanediol are the best substrates for the enzyme, that is stereoespecific for the oxidation of the R isomers of the diol and for the reduction of the acetoin yielding a centre with an R configuration. Other substrates for the enzyme are diacetyl and 2,3-pentanodione, and also those compounds containing vicinal diol, diketone or hydroxy-ketone groups. Bdh1p is extremely specific for NAD(H) as coenzyme.Bdh1p is induced in the stationary phase when yeast has exhausted the glucose from the medium. It is also expressed in yeasts grown in ethanol or galactose as carbon sources.We identified another enzyme active with diacetyl and NADH in S. cerevisiae extracts that turned out to be alcohol dehydrogenase II (Adh2p). Adh2p is also active with 2,3-pentanedione, but not with acetoin or 2,3-butanediol. Reduction of these compounds is also stereospecific, but yielding an hydroxyketone with an S configuration.All the stereoisomers of 2,3-butanediol and acetoin are produced by S. cerevisiae during fermentation, being Bdh1p responsible of the production of (2R,3R)-2,3-butanediol. Deletion of the BDH1 gene eliminates the excretion of (2R,3R)-2,3-butanediol, resulting in an accumulation of R-acetoin. So, during alcoholic fermentation Bdh1p reduces acetoin, synthesised by pyruvate decarboxylase from acetaldehyde, to 2,3-butanediol. By its presence in this secondary fermentative pathway, Bdh1p can contribute to the regulation of the redox balance in yeast.Deletion of the ADH2 andYAL061W (with a 51% of sequence identity with BDH1) genes, results in a substantial decrease of the diacetyl reductase activity (58% in the exponential phase and 34% in the stationary phase), although doesn't affect the proportion of butanediol isomers excreted during alcoholic fermentation.Diacetyl and 2,3-pentanedione, also called VDKs, have unpleasant organoleptic properties above a certain threshold, and are produced during the industrial production of beer. The concentration of both compounds needs to be reduced during a long maturation time. Since VDKs are substrates of Bdh1p, we hypothesized that yeast strains overexpressing Bdh1p could accelerate the elimination of these compounds, resulting, then, in a shortenig of the maturation step in beer production. We overexpressed Bdh1p under the control of the ADH1 promoter by using centromeric and multicopy vectors in an industrial beer yeast strain, called SID. The overexpression of Bdh1p from yeast expression vectors in the industrial strain, reduced, in some conditions, the accumulation of VDKs during must fermentation. In order to overexpress Bdh1p in a stable way, we then inserted the Bdh1p construct in the SID genome, but must fermentation with this strain did not result in reduced levels of VDKs. These biotechnological applications were done in collaboration with the firm S.A. DAMM.

Fragmentos de DNA que contiene características estructurales encontrados en Ser /Thr proteínas fosfatasas fueron amplificados mediante la reacción en cadena de la polimerasa a partir de DNA genómico de levadura. La amplificación se llevó a cabo mediante el uso de oligonucleótidos degenerados correspondientes a secuencias conservadas en las proteínas fosfatasas de tipo 1, 2A y 2B. Un fragmento de amplificación de 215 pares de bases se utilizó para un rastrear una biblioteca de DNA genómico seleccionada por tamaño. Se identificó un clon positivo que se aisló y secuenció. La secuencia de nucleótidos revela un ORF de 2076 pares de bases que codifica una proteína de 692 aminoácidos, a la que hemos denominado Ppz1. La mitad carboxi-terminal de esta proteína está estructuralmente relacionada con la fosfatasa de tipo 1, mientras que la mitad amino-terminal de la mitad de la proteína no está relacionada con las secuencias encontradas en otras proteínas fosfatasas. Esta región es muy rica en residuos de Ser y presenta un elevado número de aminoácidos básicos. Este producto génico representa una nueva clase de proteína fosfatasa en base a su singular estructura. El gen PPZ1, que está situado en el cromosoma XIII, se transcribe como un mRNA de aproximadamente 2,7 kilobases, y se ha encontrado que su cantidad aumenta de 3 a 4 veces a lo largo del cultivo. Hemos generado anticuerpos contra Ppz1 e identificado el producto génico de PPZ1 por análisis de inmunoblot a partir de extractos celulares como una proteína de 75-kDa. La cantidad de la proteína inmunoreactiva aumentó en las células que llevaban varias copias del gen. La interrupción del gen a dado lugar a células viables, sin detectarse cambios fenotípicos, lo que indica que el gen PPZ1 no es esencial para el crecimiento. Los experimentos de Southern blot preliminares en condiciones de baja estringencia han puesto de manifiesto la existencia de una secuencia genómica relacionada con PPZ1, a la que denominamos PPZ2. / DNA fragments containing structural characteristics found in Ser/Thr protein phosphatases were amplified by polymerase chain reaction from yeast genomic DNA. Amplification was carried out by using degenerate oligonucleotides encoding conserved sequences found in type 1, 2A, and 2B phosphatases. A 215-base pair amplification fragment was used to screen a size-selected library of genomic DNA. A positive clone was isolated and sequenced. Its nucleotide sequence reveals a 2076-base pair ORF encoding a 692-aminoacid protein that we called Ppz1. The carboxy-terminal half of this protein is structurally related to type I phosphatases, whereas the amino-terminal half of the protein is unrelated to sequences found in other protein phosphatases. This region is very rich in Ser residues and presents a high number of basic amino acids. Therefore, the gene product, on the basis of its unique structure would represent a novel class of protein phosphatase. The PPZ1 gene, which is located at chromosome XIII, is transcribed as an mRNA of about 2.7 kilobases and the amount of message has been found to increase 3- to 4- fold during the culture. We raised antibodies against Ppz1 and identified the PPZ1 gene product by immunoblot analysis of cell extracts as a 75-kDa protein. The amount of the immunoreactive protein was increased in cells carrying multiple copies of the gene. Disruption of the gene resulted in viable cells, with no detectable phenotypic change, indicating that the gene is not essential for growth. Preliminary Southern blot experiments at low stringency revealed the existence of a genomic sequence related to PPZ1 that we called PPZ2.

En el llevat de fissió Schizosaccharomyces pombe Cdc25 és inhibida per fosforilació en resposta a una aturada en la replicació o a dany al DNA per les cinases Cds1 i Chk1. En el nostre grup hem vist que la cinasa activada per estrés Srk1 també està involucrada en la regulació de l'entrada en mitosi a través de la fosfatasa Cdc25.Estudis de co-precipitació i de fosforilació van demostrar la interacció entre Srk1 i Cdc25, així com la fosforilació de Cdc25 per Srk1 in vitro i per Srk1 immunoprecipitada a partir d'extractes cel·lulars. D'altra banda, la fosforilació per Srk1 estabilitza Cdc25 de forma depenent de la proteïna 14-3-3, i la manté retinguda al citoplasma.La fosforilació per Srk1 té lloc en la regió N-terminal de Cdc25, en els mateixos residus fosforilats per les cinases Chk1 i Cds1, i la fosforilació en aquests llocs és necessària per tal que proteïna Srk1 provoqui un bloqueig en la fase G2 del cicle cel·lular. Nosaltres demostrem que Srk1 no regula Cdc25 en resposta a estrès genotòxic, sinó en resposta a estrès ambiental no-genotoxic durant la fase G2. L'estrés osmòtic i oxidatiu provoquen un augment en la taxa transcripcional de Srk1 i una activació de la proteïna depenent de la MAPK Sty1. Sty1 fosforila Srk1 en la treonina 463, augmentant 5 vegades la seva activitat. Srk1 és necessària per mantenir els nivells de Cdc25 durant la resposta a estrès i per tal d'induir la seva estabilització a través de la unió a la proteïna 14-3-3. Tots aquests resultats suggereixen un model en el que Srk1 bloqueja en primer lloc el cicle cel·lular en resposta a estrès ambiental, de forma paral·lela a l'activació transcripcional de gens necessaris per protegir la cèl·lula, i en segon lloc, Srk1 estabilitza Cdc25 per tal que la cèl·lula pugui iniciar la divisió un cop s'ha adaptat a l'estrès.

Les glutaredoxines són enzims que intervenen en reaccions redox i que la sevafunció principal consisteix en protegir les cèl·lules contra estrès oxidatiu mitjançant elmanteniment de l'estat redox adequat dels grups sulfidril de les proteïnes cel·lulars.Treballs anteriors han descrit l'existència de dues glutaredoxines en el llevatSaccharomyces cerevisiae, Grx1 i Grx2, que contenen dues cisteïnes en el seu centreactiu les quals són essencials per a mantenir la seva funció. Aquestes duesglutaredoxines juguen diferents papers en la cèl·lula en la protecció contra estrèsoxidatiu.Aquest treball consisteix en l'estudi i caracterització d'una nova família deglutaredoxines en S. cerevisiae, formada per Grx3, Grx4 i Grx5, que es diferencia de laja descrita perquè les proteïnes tenen una única cisteina en el seu centre actiu. S'harealitzat un anàlisi comparatiu de les seqüències de les dues famílies de glutaredoxinesde llevat amb les existents en altres organismes, i s'ha vist que l'estructura bàsica de lesmateixes està conservada des de bacteris a humans. L'anàlisi funcional dels mutantsd'aquesta nova família ha revelat que, de les tres glutaredoxines monotiòliques, Grx5 ésla que desenvolupa una funció més important en la protecció contra estrès oxidatiu,clarament diferenciada de Grx3 i Grx4. Grx5 s'ha vist localitzada en la mitocòndria,essent aquesta localització indispensable per al normal funcionament de l'enzim. Grx3 iGrx4, en canvi, es troben al nucli. D'acord amb la sublocalització cel·lular, es mostrendiferents evidències de què Grx5 es troba directament implicada en la biosíntesi delscentres Fe/S, que en llevats té lloc a la mitocòndria. Els mutants mancats de Grx5 sóndefectuosos en l'activitat d'enzims amb centres Fe/S i acumulen en excés de ferro, tantal citosol com a la mitocòndria. Estudis mitjançant la tècnica del doble-híbrid handemostrat una interacció física entre Grx5 i Isa1, una altra proteïna de la matriumitocondrial que intervé en la síntesi dels centres Fe/S. Les dades existents indiquenque les glutaredoxines monotiòliques poden portar a terme funcions especialitzadescada una d'elles en diferents compartiments del llevat, sense excloure la possibleredundància funcional entre Grx3 i Grx4. / Las glutaredoxinas son enzimas que intervienen en reacciones redox y cuyafunción principal consiste en proteger las células contra estrés oxidativo a través delmantenimiento del estado redox adecuado de los grupos sulfidrilo de las proteínascelulares. Trabajos anteriores han descrito la existencia de dos glutaredoxinas en lalevadura Saccharomyces cerevisiae, Grx1 y Grx2, que contienen dos cisteínas en sucentro activo las cuales son esenciales para mantener su función. Estas dosglutaredoxinas juegan diferentes papeles en la célula en la protección contra estrésoxidativo.El presente trabajo consiste en el estudio y caracterización de una nueva familiade glutaredoxinas en S. cerevisiae, formada por Grx3, Grx4 y Grx5, que se diferencia dela ya descrita porque las proteínas poseen una única cisteína en su centro activo. Se harealizado un análisis comparativo de las secuencias de las dos familias deglutaredoxinas de levadura con las existentes en otros organismos, observándose que laestructura básica de las mismas está conservada desde bacterias a humanos. El análisisfuncional de los mutantes de esta nueva familia ha revelado que, de las tresglutaredoxinas monotiólicas, Grx5 es la que desarrolla una función más importante en laprotección contra estrés oxidativo, claramente diferenciada de Grx3 y Grx4. Grx5 se havisto localizada en la mitocondria, siendo esta localización indispensable para el normalfuncionamiento de la enzima. Grx3 y Grx4, en cambio, se encuentran en el núcleo. Enconcordancia con la sublocalización celular, se muestran varias evidencias de que Grx5se halla directamente implicada en la biosíntesis de los centros Fe/S, que en levadurastiene lugar en la mitocondria. Los mutantes carentes de Grx5 son defectivos en laactividad de enzimas con centros Fe/S y acumulan un exceso de hierro, tanto en elcitosol como en la mitocondria. Estudios mediante la técnica del doble-híbrido handemostrado una interacción física entre Grx5 e Isa1, otra proteína de la matrizmitocondrial que interviene en la síntesis de centros Fe/S. Los datos existentes apuntana que las glutaredoxinas monotiólicas pueden desempeñar funciones especializadas cadauna de ellas en compartimentos diversos de la levadura, sin excluir la posibleredundancia funcional entre Grx3 y Grx4. / Glutaredoxins are enzymes involved in redox reactions, whose main functionconsists of protecting cells against oxidative stress through maintaining a normal redoxstatus of sulfhydril groups in cellular proteins. Previous work has described twoglutaredoxins in the yeast Saccharomyces cerevisiae, Grx1 and Grx2, that contain twocysteines residues in their active site, which are essential for their enzymatic function.These two glutaredoxins play different roles in protecting cells against oxidative stress.The present work consists of the study and characterisation of a new family ofglutaredoxins in S. cerevisiae, composed by Grx3, Grx4 and Grx5. These have a singlecysteine in the active site of the protein, in contrast to the previous glutaredoxins. Acomparative analysis of the sequences of the two families of the yeast glutaredoxinsand the glutaredoxins of other organisms has been carried out, and the basic structure ofthese enzymes is indeed conserved from bacteria to humans. The functional analysis ofmutants of this new family reveals that Grx5 is the most important monothiolicglutaredoxin in protecting cells against oxidative stress, and that its function is differentfrom that of Grx3 and Grx4. Grx5 is located in mitochondria and this localisation isneeded for the normal function of the enzyme. In contrast, Grx3 and Grx4 are located atthe nucleus. According to the subcellular location, several evidences are showndemonstrating that Grx5 is directly involved in the biosynthesis of Fe/S clusters, whichtakes place at the mitochondrial matrix in yeast. The grx5 mutants are defective in theactivity of Fe/S enzymes and accumulate iron both in mitochondria and cytosol. Twohybridassays show that there is a physical interaction between Grx5 and Isa1, anothermatrix mitochondrial protein that participates in the synthesis of Fe/S clusters. All thesedata suggest that monothiolic glutaredoxins play specialised functions in differentcompartments of yeast, which does not exclude the possibility that Grx3 and Grx4 couldbe functionally redundant.

Els nutrients són els factors tràfics més importants per al llevat, i la sevalimitació provoca una aturada del cicle en la fase G1. Aquesta resposta d'adaptació alscanvis nutricionals del medi assegura la màxima viabilitat de la cèl·lula, i permet l'inicide diferents processos de diferenciació segons les condicions nutricionals.El cicle cel·lular de Saccharomyces cerevisiae està regulat en diferents puntsper mecanismes de control intern que asseguren la proliferació sense cap anomalia enels diferents processos cel·lulars. Al final de fa fase G1, si les condicions nutricionalssón òptimes, es dóna el compromís de continuar el cicle fins a la propera fase G1. Lavia de senyalització de la limitació de nutrients essencials com la font de nitrogenencara no havia estat determinada. Hem estudiat la regulació de les ciclines de faseG1 en el model de limitació de font de nitrogen, i hem demostrat que la proteïna Cln3està regulada post-transcripcionalment de dues formes diferents: una majorinestabilitat que depèn de la via de la ubiquitina, i una inhibició traduccional queprovoca la total desaparició de Cln3, causant així la repressió de gens dependents deSBF i MBF en la següent fase G1. La presència de Sic1, l'inhibidor de complexesClb/Cdc28, permet explicar en termes moleculars l'aturada en G1.En condicions de limitació nutricional les cèl·lules diploides també s'aturen enG1, però inicien un procés diferenciador anomenat meiosi, que implica la replicado delDNA, dues divisions meiòtiques i la formació d'espores com a unitats de resistència acondicions adverses. La proteïna Ime1 és la principal inductora de tots els processosde meiosi i activa l'expressió del primer grup de gens que participen en la replicadopremeiòtica del DNA. En aquest treball mostrem que, en les condicions nutricionals enque es dóna la meiosi, les ciclines G1 desapareixen ràpidament, però d'altra banda esprodueix una alta expressió de CLB5 que depèn d'Imel. Els nivells de Sic1disminueixen, de manera també dependent d'Imel, el que indica un mecanisme deregulació d'entrada en la fase S premeiòtica molt semblant al cicle mitòtic, però induitper Ime1 enlloc de Cdc28/Cln3. En mutants cln la meiosi pot iniciar-se en medi ric, elque implica a les ciclines G1 com a mediadores d'un senyal nutricional sobre l'inici dela meiosi. Les ciclines G1 inhibeixen la via Ime1 mitjançant dos controls negatius:repressió transcripcional d'IMEI, i inhibició de l'acumulació en el nucli d'Imel,reprimint així l'expressió del gens meiòtics. Aquests resultats demostren l'existènciad'un control negatiu dels activadors clau de la mitosi sobre els de la meiosi, fent queaquestes dues opcions del cicle cel·lular siguin incompatibles.

El llevat S.cerevisiae és un dels models eucariotes més adequats per l'estudi dels diversos mecanismes implicats en la supervivència cel.lular en resposta a estrès oxidatiu. Les espècies reactives d'oxigen (ROS) com els radicals hidroxil, l'anió superòxid o el peròxid d'hidrogen generen estrès oxidatiu, causant important danys intracel.lulars davant els quals la cèl.lula a desenvolupat una sèrie de mecanisme per fer-hi front. Grx3 i Grx4 són dues glutaredoxines monotiòliques de S.cerevisisae que formen part dels sistemes enzimàtics que regulen l'estat redox de les proteïnes en resposta a estrès oxidatiu. No obstant, fins ara es desconeixen els mecanismes amb els quals Grx3 i Grx4 participen en la detoxificació d'aquestes ROS i en l'adaptació cel.lular en condicions oxidatives. En el primer Capítol es caracteritza el paper funcional de Grx3 i Grx4 en la regulació de l'homeòstasi del ferro intracel.lular mitjançant la regulació del factor transcripcional Aft1, encarregat de regular la transcripció de gens que formen part del sistema d'alta afinitat de captació de ferro. A més a més, es caracteritza el paper funcional dels dominis glutaredoxina (GRX) de Grx3 i Grx4 en l'exportació nuclear d'Aft1, com a mecanisme regulador de l'estrès oxidatiu generat per un augment en els nivells de ferro intracel.lulars. En el segon Capítol hem aconseguit donar una funció específica per Grx3 i Grx4 en la regulació de la via d'integritat cel.lular o la via PKC1- MAP quinasa en resposta a estrès oxidatiu. A més a més, demostrem que són els dominis tioredoxina (TRX) de Grx3 i Grx4 qui dessarrollen el paper protagonista en l'activació de la quinasa Slt2 en resposta a estrès oxidatiu i en la repolarització del citoesquelet d'actina en condicions normals i en resposta a estrès oxidatiu. També demostrem que Grx3, Grx4 i Slt2 estàn relacionades genètica i funcionalment amb els procesos implicats en l'organització del citoesquelet d'actina en resposta a estrès oxidatiu i en la biogènesi vacuolar en condicions normals. / La levadura S.cerevisiae es uno de los modelos eucariotas más adecuados para el estudio de los diferentes mecanismos implicados en la supervivencia celular en respuesta a estrés oxidativo. Las especies reactivas de oxígeno (ROS) como los radicales hidroxilo, el anión superóxido o el peróxido de hidrógeno generan estrés oxidativo, induciendo importantes daños intracelulares frente a los cuales la célula tiene que desarrollar una serie de mecanismos para hacerles frente. Grx3 i Grx4 son dos glutaredoxinas monotiólicas de S.cerevisiae que forman parte de los sistemas enzimáticos que regulan el estado redox de las proteínas en respuesta a estrés oxidativo. No obstante, hasta hoy se desconocen los mecanismos mediante los cuales Grx3 i Grx4 participan en la detoxificación de estos ROS y en la adaptación celular frente a condiciones oxidativas. En el primer Capítulo se caracteriza el papel funcional para Grx3 y Grx4 en la regulación de la homeóstasis del hierro intracelular mediante el factor transcripcional Aft1, el cual se encarga de regular la transcripción de genes que forman parte del sistema de alta afinidad de captación de hierro. Además, se caracteriza el papel funcional de los dominios GRX de Grx3 y Grx4 en la exportación nuclear de Aft1, como mecanismo regulador del estrés oxidativo generado por un aumento en los niveles de hierro intracelulares. En el segundo Capítulo hemos logrado dar una función específica a Grx3 y Grx4 en la regulación de la vía de integridad celular o vía PKC1-MAP quinasa en respuesta a estrés oxidativo. Además, tras diseccionar los dominios glutaredoxina (GRX) y tioredoxina (TRX) de Grx3 y Grx4, hemos concluido que son los dominios TRX de ambas glutaredoxinas quienes poseen un papel protagonista en la activación de la quinasa Slt2 en respuesta a estrés oxidativo y en la reorganización del citoesqueleto de actina en condiciones normales y oxidantes. También se demuestra que Grx3, Grx4 y Slt2 están relacionados genética y funcionalmente en los procesos implicados en la organización del citoesqueleto d'actina en respuesta a estrés oxidativo y en la biogénesis vacuolar en condiciones normales. / The yeast S.cerevisiae is one of the most suitable eukaryotic models to study several mechanisms involved in cell survival in the response to oxidative stress. Reactive oxygen species (ROS) such as hydroxyl radicals, superoxide anions or hydrogen peroxide provoque oxidative stress and cause important cell damage. As a consequence of that, cells need to develop a series of mechanisms in order to repair their structures. Grx3 and Grx4 are two monothiol glutaredoxins of S.cerevisiae potentially involved in enzymatic systems to regulate the redox state of proteins in front of oxidative stress. Nevertheless, actually is unknown the mechanisms where Grx3 and Grx4 participate in ROS detoxification and in the cellular adaptation to oxidative conditions. In the first chapter, we characterize a functional role for both Grx3 and Grx4 in the maintenance of iron homeostasis through the regulation of Aft1, a transcription factor involved in the transcriptional regulation of a subset of genes which integrate the high affinity iron uptake system. In addition, we have characterized the functional role for both GRX domains of Grx3 and Grx4 in the nuclear export of Aft1 as a mechanism that regulates the oxidative stress generated by high levels of intracellular iron. In the second chapter, it is characterized a specific function for Grx3 and Grx4 in the regulation of the cell integrity pathway or PKC1-MAP kinase pathway in response to oxidative stress. Moreover, we described the functional role for both TRX domains of Grx3 and Grx4 in the Slt2 activation in response to oxidative stress and in the reorganization of the actin cytoskeleton in normal and oxidant conditions. We also demonstrated the genetic and the functional relationship between Grx3, Grx4 and Slt2 in the mechanisms involved in the actin cytoskeleton organization in response to oxidative stress and in the vacuolar biogenesis in normal conditions.

Els contaminants ambientals capaços d’unir-se al Receptor d’hidrocarburs d’Aril i induir la seva activació ectòpica són molt diversos i es troben àmpliament distribuïts per tota la biosfera. L’exposició continuada a aquest tipus de compostos s’ha vist relacionada amb l’augment de malalties cardiovasculars i càncer, entre d’altres efectes adversos. D’aquesta manera, la seva monitorització en zones amb fonts de contaminación continues és necessària per tal d’assegurar que no es sobrepassen els límits establerts. La utilització de bioassaigs per a determinar l’activitat tipus dioxina dels contaminants. a més de la seva composició química, permet una valoració més acurada dels riscos que representen. Aquesta tesis presenta com a objectius el disseny i la validació de bioassaigs basats en un llevat recombinant i embrions de peix zebra que permeten, en el cas dels llevat, una valoració ràpida i econòmica i, en el cas de l’embrió de peix zebra, un estudi més complert i amb la possibilitat d’observar efectes adversos directes. Per tal de dur a terme la seva validació. aquests bioassaigs es van utilitzar en diversos estudis medi ambientals de zones possiblement contaminades per compostos tipus dioxina (PAHs, Organoclorats, etc.) que representen les diferents tipus de matrius on es solen trobar aquests contaminants: sediment fluvial (part baixa del riu Ebre, des de l’Embassament de Flix fins a la desembocadura) i marí (Estuari d’Urdaibai), particulat de l’aire (Vall del Po, al nord d’Itàlia) i sòl (residus miners al districte de Datong a Xina). Els resultats d’aquests estudis han permès establir els nivells de contaminació de cada zona així com observar que la resposta obtinguda pels nostres bioassaigs té un perfil similar a l’observada per altres bioassaigs ja establerts així com amb la composició química. A més, destaquen la importància de combinar l’anàlisi química amb l’activitat biològica per tal d’obtenir una informació més complerta sobre compostos que no s’han tingut en compte o que es desconeix la seva presència a les mostres. / Title: Development and application of bioassays for environmental monitoring Aryl hydrocarbon Receptor ligands (AhR, dioxin-like compounds). Environmental pollutants able to bind and induce ectopic activation of the Aryl hydrocarbon Receptor (AhR) are diverse and widely distributed throughout the biosphere. Continuous exposure to these compounds has been associated with increased cardiovascular disease and cancer, among other effects. Thus, their monitoring in potentially polluted areas is still necessary to ensure that safety limits are not exceeded. The use of bioassays to determine dioxin-like activity, along with chemical analysis, allow an accurate assessment of the risks they represent. This thesis presents the design, objectives and validation of bioassays based on a recombinant yeast and zebrafish embryos that allow, in the case of yeast, a rapid and economic assessment and, in the case of the zebrafish embryo, a more complete one and with the possibility of observing direct effects. To perform validation, these bioassays were used in studies of environmental areas presumably contaminated by dioxin-like compounds (PAHs, Chlorinated, etc..) that represent different types of matrices where these contaminants are found: fluvial sediment (lower part of the river Ebro, from the Flix Dam to the mouth) and marine (estuary Urdaibai), particulate air (Po Valley, northern Italy) and soil (mining waste in the district of Datong in China). The results of these studies have established pollutions levels present in each area and show a correlation with chemical data as well as a similar response between our bioassays and other more standardized. Besides, those results highlight the importance of combining chemical and biological analysis in order to obtain a complete information of the samples.

The aim of this thesis is the characterization of a protein involved in apoptosis. Our group has identified an early step common to different forms of intrinsic apoptosis stimuli. This step requires de novo synthesis of a novel Cyclin, Cyclin O, that upon apoptosis induction in lymphoid cells forms active complexes, primarily with Cdk2. Cyclin O expression precedes glucocorticoid and gamma radiation-induced apoptosis in vivo in mouse thymus and its overexpression induces apoptosis in cultured cells. Knocking down the endogenous expression of Cyclin O by shRNA leads to the inhibition of glucocorticoid and DNA damage-induced apoptosis while leaving CD95 death receptor mediated apoptosis intact. This data demonstrates that apoptosis induction in lymphoid cells is one of the physiological roles of Cyclin O and it does not act by perturbing a normal cellular process such as the cell cycle. In addition we have identified c-Myb a substrate of Cdk2-Cyclin O complexes and we show that c-Myb is downregulated during apoptosis of lymphoid cells. / L'objectiu d'aquesta tesi és la caracterització d'una proteïna involucrada en l'apoptosi. El nostre grup ha identificat un pas primerenc comú en diversos estímuls apoptòtics de la ruta intrínseca. Aquest pas requereix la síntesi de novo d'una nova Ciclina, Ciclina O, que quan s'indueix apoptosi en cèl·lules limfoides forma complexes actius majoritàriament amb Cdk2. L'expressió de la Ciclina O és prèvia a l'apoptosi induïda per glucocorticoids i radiació gamma i la seva sobreexpressió indueix apoptosi en cultius cel·lulars. La baixada dels nivells d'expressió de la Ciclina O endògena amb shRNA provoca una inhibició de l'apoptosi induïda per glucocorticoids o agents que danyen el DNA, mentre que l'apoptosi mediada pel receptor CD95 es manté intacta. Aquests resultats demostren que la inducció d'apoptosi en cèl·lules limfoides és una de les funcions fisiològiques de la Ciclina O i que no es deu a una pertorbació de processos cel·lulars normals com ara el cicle cel·lular. A més a més, hem identificat c-Myb com a substrat dels complexes Cdk2-Ciclina O i demostrem que els nivells de c-Myb baixen durant l'apoptosis de cèl·lules limfoides.

La adaptación de la levadura Saccharomyces cerevisiae a condiciones de alta osmolaridad está mediada por la vía de HOG ((high-osmolarity glycerol). La activación de esta vía induce una serie de respuestas que van a permitir la supervivencia celular en respuesta a estrés. La regulación génica constituye una respuesta clave para dicha supervivencia. Se han descrito cinco factores de transcripción regulados por Hog1 en respuesta a estrés osmótico. Sin embargo, éstos no pueden explicar la totalidad de los genes regulados por la MAPK Hog1. En el presente trabajo describimos cómo el complejo transcripcional formado por las proteínas Rtg1 y Rtg3 regula, a través de la quinasa Hog1, la expresión de un conjunto específico de genes. Hog1 fosforila Rtg1 y Rtg3, aunque ninguna de estas fosforilaciones son esenciales para regulación transcripcional en respuesta a estrés. Este trabajo también muestra cómo la deleción de proteínas RTG provoca osmosensibilidad celular, lo que indica que la integridad de la vía de RTG es esencial para la supervivencia celular frente a un estrés osmótico. / In Saccharomyces cerevisiae the adaptation to high osmolarity is mediated by the HOG (high-osmolarity glycerol) pathway, which elicits different cellular responses required for cell survival upon osmostress. Regulation of gene expression is a major adaptative response required for cell survival in response to osmotic stress. At least five transcription factors have been reported to be controlled by the Hog1 MAPK. However, they cannot account for the regulation of all of the genes under the control of the Hog1 MAPK. Here we show that the Rtg1/3 transcriptional complex regulates the expression of specific genes upon osmostress in a Hog1-dependent manner. Hog1 phosphorylates both Rtg1 and Rtg3 proteins. However, none of these phosphorylations are essential for the transcriptional regulation upon osmostress. Here we also show that the deletion of RTG proteins leads to osmosensitivity at high osmolarity, suggesting that the RTG-pathway integrity is essential for cell survival upon stress.

L'activació sostinguda de Hog1 porta a una inhibició del creixement cel·lular. En aquest treball, hem observat que el fenotip de letalitat causat per l'activació sostinguda de Hog1 és parcialment inhibida per la mutació del complexe SCFCDC4. La inhibició de la mort causada per l'activació sostinguda de Hog1 depèn de la via d'extensió de la vida. Quan Hog1 s'activa de manera sostinguda, la mutació al complexe SCFCDC4 fa que augmenti l'expressió gènica depenent de Msn2 i Msn4 que condueix a una sobreexpressió del gen PNC1 i a una hiperactivació de la deacetilassa Sir2. La hiperactivació de Sir2 és capaç d'inhibir la mort causada per l'activació sostinguda de Hog1. També hem observat que la mort cel·lular causada per l'activació sostinguda de Hog1 és deguda a una inducció d'apoptosi. L'apoptosi induïda per Hog1 és inhibida per la mutació al complexe SCFCDC4. Per tant, la via d'extensió de la vida és capaç de prevenir l'apoptosi a través d'un mecanisme desconegut. / Sustained Hog1 activation leads to an inhibition of cell growth. In this work, we have observed that the lethal phenotype caused by sustained Hog1 activation is prevented by SCFCDC4 mutants. The prevention of Hog1-induced cell death by SCFCDC4 mutation depends on the lifespan extension pathway. Upon sustained Hog1 activation, SCFCDC4 mutation increases Msn2 and Msn4 dependent gene expression that leads to a PNC1 overexpression and a Sir2 deacetylase hyperactivation. Then, hyperactivation of Sir2 is able to prevent cell death caused by sustained Hog1 activation. We have also observed that cell death upon sustained Hog1 activation is due to an induction of apoptosis. The apoptosis induced by Hog1 is decreased by SCFCDC4 mutation. Therefore, lifespan extension pathway is able to prevent apoptosis by an unknown mechanism.