El ferro és el metall de transició més important per als sistemes biològics. Al llarg de
l'evolució, aquest metall s'ha convertit en un element essencial per a la cèl·lula. Això es deu al
fet que posseeix una gran versatilitat com a catalitzador biològic, la qual cosa li ha permès
formar part de processos biològics indispensables per a la vida. A més, se sap que l'adquisició
d'aquest metall és un procés altament controlat. En cèl.lules eucariotes s'ha vist que la
desregulació del metabolisme d'aquest metall està associada amb importants defectes que
poden conduir, en última instància, a la pèrdua de la viabilitat cel·lular. En humans la
sobrecàrrega de ferro s'ha associat a una varietat creixent de patologies, com per exemple,
l’Ataxia de Friedreich. Aquesta malaltia és causada pel dèficit d'una proteïna anomenada
frataxina. Nombrosos estudis relacionen a aquesta proteïna amb el metabolisme de ferro, ja
que en diferents models s'ha vist que el seu dèficit provoca sobrecàrrega d'aquest metall i
disminució de l'activitat dels enzims amb centres Fe-S. Aquesta disminució ha establert les
bases per a què la majoria dels estudis la considerin essencial per a la biosíntesi d'aquests
centres. No obstant això, la funció precisa d'aquesta proteïna es troba en discussió.
Saccharomyces cerevisiae ha estat àmpliament utilitzat com a model d'estudi de la funció
d'aquesta proteïna ja que posseeix un gen ortòleg anomenat YFH1 (Yeast frataxina
homologue). Els resultats obtinguts en aquesta tesi, en què s'han analitzat mutants
condicionals de YFH1, emfatitzen la implicació de Yfh1p en el metabolisme del ferro
mitocondrial. L'activació del sistema d'alta afinitat d'adquisició de ferro és l'efecte primari de
la depleció d'aquesta proteïna. Aquest fet constitueix una prova definitiva de la seva
implicació en el metabolisme del ferro. No obstant això, l'anàlisi dels enzims amb centre Fe-S
ha permès establir que aquesta activació no depèn del correcte funcionament d’aquest procés
biosintètic mitocondrial, ja que la inactivació d'aquests enzims és posterior a l'activació del
reguló de ferro. Per tant, la pèrdua d'activitat dels enzims Fe-S seria una conseqüència
secundària d'un conjunt d'esdeveniments promoguts per la sobrecàrrega de ferro. Entre
aquests esdeveniments destaca un increment del dany oxidatiu induït a les proteïnes (formació
de carbonils), el qual seria el reflex d'un augment de l'estrès oxidatiu en l'interior de la
mitocòndria. Aquest increment és el resultat de dos importants esdeveniments: i) l'augment
del nivell de ferro a l’orgànul i ii) la pèrdua d'activitat de l'enzim antioxidant Mn-SOD. Es va
trobar que aquesta pèrdua d'activitat era el resultat d'una baixa biodisponibilitat de manganès.
A més es va observar que aquest baix contingut cel·lular de manganès era el resultat de la
disminució de l’activitat del transportador Smf2p. Utilitzant el doble mutant yfh1aft1 es va aconseguir prevenir la disminució de l’activitat de l’esmentat transportador, la qual cosa va
constituir la prova definitiva del rol de la sobrecàrrega de ferro en aquesta disminució. Es va
trobar que la pèrdua de funció dels enzims dependents de centres Fe-S provoca una fallada en
la capacitat respiratòria de la cèl·lula, la qual cosa condueix a una disminució del creixement.
Una anàlisi de l'expressió gènica global (microarrays) va servir per a comprovar, una vegada
més, l'activació de Aft1 i va demostrar que hi ha una resposta transcripcional del mutant
davant la pèrdua de capacitat respiratòria. A més es va trobar que el factor de transcripció
ADR1 podria tenir un paper clau en aquesta resposta. En resum, els resultats obtinguts
permeten establir un jerarquia temporal entre els diferents esdeveniments que segueixen a la
manca de YFH1. / El hierro es el metal de transición más importante para los sistemas biológicos. A lo largo de
la evolución, este metal se ha convertido en un elemento esencial para la célula. Esto se debe
a que posee una gran versatilidad como catalizador biológico, lo cual le ha permitido formar
parte de procesos biológicos indispensables para la vida. Además, se sabe que la adquisición
de este metal es un proceso altamente controlado. En células eucariotas se ha visto que la
desregulación del metabolismo de este metal está asociada con importantes defectos que
pueden conducir, en última instancia, a la pérdida de la viabilidad celular. En humanos la
sobrecarga de hierro se ha asociado a una variedad cada vez mayor de patologías, como por
ejemplo, la Ataxia de Friedreich. Dicha enfermedad es causada por el déficit de una proteína
denominada frataxina. Numerosos estudios relacionan a esta proteína con el metabolismo de
hierro, ya que en diferentes modelos se ha visto que su déficit provoca sobrecarga de este
metal y disminución de la actividad de las enzimas con centros Fe-S. Esta disminución ha
sentado las bases para que la mayoría de los estudios la consideren esencial para la biosíntesis
de dichos centros. Sin embargo, la función precisa de esta proteína se encuentra en discusión.
Saccharomyces cerevisiae ha sido ampliamente utilizado como modelo de estudio de la
función de esta proteína ya que posee un gen ortólogo denominado YFH1 (Yeast frataxin
homologue). Los resultados obtenidos en esta tesis, en la que se han empleado mutantes
condicionales de YFH1, enfatizan la implicación de Yfh1p en el metabolismo del hierro
mitocondrial. La activación del sistema de alta afinidad de adquisición de hierro es el efecto
primario de la depleción de esta proteína. Este hecho, constituye una prueba definitiva de su
implicación en el metabolismo del hierro. Sin embargo, el análisis de las enzimas con centro
Fe-S ha permitido establecer que dicha activación no depende del correcto funcionamiento de
este proceso biosintético mitocondrial, ya que la inactivación de estas enzimas ocurre
posteriormente a la activación del regulón de hierro. Por ende, la pérdida de actividad de las
enzimas Fe-S sería una consecuencia secundaria de un conjunto de eventos promovidos por la
sobrecarga de hierro. Entre estos eventos destaca un incremento del daño oxidativo inducido a
las proteínas (formación de carbonilos), el cual sería el reflejo de un aumento del estrés
oxidativo en el interior de la mitocondria. Este incremento es el resultado de dos importantes
eventos: i) el aumento del nivel de hierro en el organelo y ii) la pérdida de actividad de la
enzima antioxidante Mn-SOD. Se encontró que esta pérdida de actividad era el resultado de
una baja biodisponibilidad de manganeso. Además se observó que este bajo contenido celular
de manganeso era el resultado de la down-regulación del transportador Smf2p. Utilizando el doble mutante yfh1aft1 se consiguió prevenir dicha down-regulación, lo cual constituyó la
prueba definitiva del papel de la sobrecarga de hierro en dicha disminución. Se encontró que
la pérdida de función de las enzimas Fe-S provocaba un fallo en la capacidad respiratoria de
la célula, lo cual conduce a una disminución del crecimiento. Un análisis de la expresión
génica global (microarrays) sirvió para comprobar, una vez más, la activación de AFT1 y
demostró que existe una respuesta transcripcional del mutante frente a la pérdida de capacidad
respiratoria. Además se encontró que el factor de transcripción ADR1 podría tener un papel
clave en esta respuesta. En resumen, los resultados obtenidos permiten establecer un jerarquia
temporal entre los distintos eventos que siguen a la falta de YFH1. / Iron is the most important transition metal for biological systems. This metal became an
essential element for cell throughout the evolution. This fact is due to its versatility as a
biological catalyst, which allowed it take part in essential biological processes. The uptake of
this metal is a highly controlled process. In eukaryotic cells deregulation of the iron
metabolism is associated with significant defects that can lead ultimately to the loss of cell
viability. In humans iron overload has been associated with an increasing variety of diseases
such as Friedreich's ataxia. This disease is caused by a deficiency in frataxin. Several studies
link this protein to iron metabolism because its deficiency leads to iron overload. It has also
described in different models that its deficit causes a decrease in the activity of Fe-S enzymes.
Based on this observation, several authors consider frataxin essential for the biosynthesis of
Fe-S centers. Nevertheless, the precise function of this protein remains unclear.
Saccharomyces cerevisiae has been widely used as a model for studying the function of this
protein. YFH1 (Yeast frataxin homologue) is the orthologue of this gene in yeast. The results
obtained in this thesis using conditional YFH1 mutants emphasize the involvement of Yfh1p
in mitochondrial iron metabolism. Activation of high affinity iron uptake system is a primary
effect of Yfh1p depletion and constitutes a definitive probe of its implication in mitochondrial
iron metabolism. Interestingly, the analysis of Fe-S enzymes established that the activation of
the regulon it does not depend on the status of this mitochondrial biosynthetic pathway, since
inactivation of this enzyme occurs long after the activation of the iron regulon. In fact, loss of
Fe-S enzymes activity is a secondary consequence of a series of events promoted by iron
overload. These events include an increase of oxidative damage to proteins (carbonylation),
which would reflect an increase in oxidative stress conditions inside of mitochondria. This
increase is the result of two major events: i) an increase in the level of iron in the organelle ii)
the loss of the antioxidant enzyme Mn-SOD. It was found that this loss of activity was the
result of low bioavailability of manganese. It was also observed that this low manganese
content was due to the down-regulation of the Smf2p transporter. This down-regulation was
prevented in yfh1aft1 double mutant. This was the definitive evidence that emphasized a
key role for iron overload in this decrease. It was also found that decrease of Fe-S enzymes
caused a failure in the respiratory capacity of the cell that lead to slow growth. A global gene
expression analysis by microarrays further confirmed AFT1 activation and demonstrated that
there is a yeast transcriptional response related to the loss of respiratory capacity. It was also
found that the transcription factor ADR1 could play a central role in this response. In summary, the results obtained show a temporal order between the different events which
follow the YFH1 deficiency. In summary, we have characterized in detail the biochemical
events that are triggered by YHF1 depletion in order to identify the early events affected by
the loss of this protein.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_UDL/oai:www.tdx.cat:10803/51088 |
| Date | 31 May 2011 |
| Creators | Moreno Cermeño, Armando J. |
| Contributors | Ros Salvador, Joaquim, Tamarit Sumalla, Jordi, Universitat de Lleida. Departament de Ciències Mèdiques Bàsiques |
| Publisher | Universitat de Lleida |
| Source Sets | Universitat de Lleida |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | 260 p., application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs., info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.003 seconds