Dottorato in BIOLOGIA CELLULARE E DELLO SVILUPPO

Titolo della tesi: Effects of environmental factors on carbon metabolism in Kluyveromyces lactis

Riassunto: Kluyveromyces lactis è un lievito non convenzionale ampiamente utilizzato sia nelle applicazioni industriali che nella ricerca di base. Nel nostro laboratorio stiamo studiando il gene KlMGA2, che codifica per un modulatore della risposta all’ipossia. In lavori precedenti, abbiamo mostrato come la delezione del gene KlMGA2 in K. lactis generi un ceppo vitale, ma con difetti di crescita cellulare, alterazione in quantità e composizione degli acidi grassi, respirazione difettosa e morfologia mitocondriale alterata. Con questo lavoro mostriamo come l'assenza del gene KlMGA2 causi, oltre ai fenotipi sopra citati, una maggiore resistenza allo stress ossidativo ed una longevità molto estesa, accompagnati da un aumento dell’espressione genica delle catalasi e delle superossido dismutasi. Questo potrebbe suggerire un coinvolgimento di KlMga2 come mediatore diretto non solo della risposta ipossica, ma anche nella risposta allo stress ossidativo, ipotizzando una correlazione tra ipossia, regolazione del glucosio, biosintesi degli acidi grassi e metabolismo dei ROS. In seconda analisi, con questo lavoro si è cercato di verificare una possibile risposta di K. lactis allo stress luminoso. Negli organismi unicellulari come il lievito, che non presentano tessuti specializzati per contrastare i cambiamenti dell’ambiente esterno, l’esistenza di meccanismi cellulari adattativi alle condizioni di stress risulta essere di fondamentale importanza. Precedenti studi, hanno evidenziato che in Saccharomyces cerevisiae l’impulso luminoso rappresenta una fonte di stress, in quanto provoca l’aumento intracellulare di perossido di idrogeno (H2O2). Visti i nostri studi riguardanti KlMga2 come mediatore di risposta allo stress ossidativo, abbiamo indagato sul suo possibile coinvolgimento nella trasduzione del segnale luminoso. Pertanto, tale studio permetterebbe di esaminare dei meccanismi foto-dipendenti anche in organismi apparentemente privi di domini proteici sensibili alla luce. Abstract: The yeast Kluyveromyces lactis has been widely used in both industrial applications and basic research. We previously demonstrated that deletion of the KlMGA2, coding for a hypoxic mediator in K. lactis, generated a viable strain, although suffering of several deficiencies. We also showed that glucose signaling and glucose catabolism were involved in KlMga2 regulation. In this work, we showed that, in addition to these defects, the deletion of KlMGA2 also caused increased resistance to oxidative stress and extremely extended lifespan. These phenotypes are associated with increased expression levels of catalase and superoxide dismutase genes. We propose that KlMga2 might act as a direct mediator not only of hypoxic response, but also of oxidative stress response/adaptation, thus revealing connections between hypoxia, glucose signaling, fatty acid biosynthesis and ROS metabolism. Secondly, in this work we wanted to investigate the possible light response in this yeast. In unicellular organisms like yeasts, that cannot utilize specialized tissue for protection against environmental challenges, the presence of cellular mechanisms to respond and adapt to stress conditions is fundamental. Saccharomyces cerevisiae has been reported to respond to light by increasing hydrogen peroxide (H2O2) levels. Therefore, it could be interesting to study the possible role of oxidative stress mediator KlMga2, already studied in our laboratory, in the light response of yeast.