Неорганические полифосфаты и особенности физиологии дрожжей Saccharomyces cerevisiae при сверхэкспрессии гена PPN2

1 Пущинский научный центр биологических исследований, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН, 142290 Пущино Московской обл., Россия; электронная почта: alla@ibpm.pushchino.ru

2 ФИЦ биотехнологии, Институт биоинженерии РАН, 117312 Москва, Россия

Поступила в редакцию 29.01.2020
После доработки 15.02.2020
Принята к публикации 17.02.2020

DOI: 10.31857/S0320972520040120

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: полифосфат, полифосфатаза, ген PPN2, сверхэкспрессия, Saccharomyces cerevisiae.

Аннотация

Исследовано влияние сверхрпродукции дрожжевой эндополифосфатазы Ppn2 на метаболизм неорганических полифосфатов у Saccharomyces cerevisiae. Экспрессия гена PPN2 в дрожжах под контролем сильного конститутивного промотора гена глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы (PKG1) приводила к значительному повышению эндополифосфатазной активности, стимулируемой ионами кобальта/цинка. Эта активность была более выражена с длинноцепочечными полифосфатами, стимулировалась АDP и присутствовала как в растворимой, так и грубой мембранной фракциях. Содержание короткоцепочечных полифосфатов в клетках штамма-трансформанта увеличилось в ~ 2,5 раза по сравнению с родительским штаммом. Штамм c сверхэкспрессией Ppn2 более устойчив к перекиси и щелочи. Обсуждается роль короткоцепочечных полифосфатов в адаптации к этим неблагоприятным факторам.

Текст статьи

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит описания каких-либо исследований с использованием людей и животных в качестве объектов.

Список литературы

1. Rao, N. N., Gómez-García, M. R., and Kornberg, A. (2009) Inorganic polyphosphate: essential for growth and survival, Ann. Rev. Biochem., 78, 605-647, doi: 10.1146/annurev.biochem.77.083007.093039.

2. Clotet, J. (2017) Polyphosphate: popping up from oblivion, Curr. Genet., 63, 15-18, doi: 10.1007/s00294-016-0611-5.

3. Baker, C. J., Smith, S. A., and Morrissey, J. H. (2018) Polyphosphate in thrombosis, hemostasis, and inflammation, Res. Pract. Thromb. Haemost., 3, 18-25, doi: 10.1002/rth2.12162.

4. Xie, L., and Jakob, U. (2019) Inorganic polyphosphate, a multifunctional polyanionic protein scaffold, J. Biol. Chem., 294, 2180-2190, doi: 10.1074/jbc.REV118.002808.

5. Andreeva, N. A., and Okorokov, L. A. (1993) Purification and characterization of highly active and stable polyphosphatase from Saccharomyces cerevisiae cell envelope, Yeast, 9, 127-139.

6. Wurst, H., T. Shiba, T., and Kornberg, A. (1995) The gene for a major exopolyphosphatase of Saccharomyces cerevisiae, J. Bacteriol., 177, 898-906.

7. Sethuraman, A., Rao, N. N., and Kornberg, A. (2001) The endopolyphosphatase gene: essential in Saccharomyces cerevisiae, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 98, 8542-8547.

8. Andreeva, N., Trilisenko, L., Eldarov, M., and Kulakovskaya, T. (2015) Polyphosphatase PPN1 of Saccharomyces cerevisiae: switching of exopolyphosphatase and endopolyphosphatase activities, PLoS One, 10, e0119594, doi: 10.1371/journal.pone.0119594.

9. Lonetti, A., Szijgyarto, Z., Bosch, D., Loss, O., Azevedo, C., and Saiardi, A. (2011) Identification of an evolutionarily conserved family of inorganic polyphosphate endopolyphosphatases, J. Biol. Chem., 286, 31966-31974, doi: 10.1074/jbc.M111.266320.

10. Gerasimait, R., and Mayer, A. (2017) Ppn2, a novel Zn²⁺-dependent polyphosphatase in the acidocalcisome like yeast vacuole, J. Cell. Sci., 130, 1625-1636, doi: 10.1242/jcs.201061.

11. Andreeva, N., Ledova, L., Ryazanova, L., Tomashevsky, A., Kulakovskaya, T., and Eldarov, M. (2019) Ppn2 endopolyphosphatase overexpressed in Saccharomyces cerevisiae: comparison with Ppn1, Ppx1, and Ddp1 polyphosphatases, Biochimie, 163, 101-107, doi: 10.1016/j.biochi.2019.06.001.

12. Lichko, L. P., Kulakovskaya, T. V., Kulakovskaya, E. V., and Kulaev, I. S. (2008) Inactivation of PPX1 and PPN1 genes encoding exopolyphosphatases of Saccharomyces cerevisiae does not prevent utilization of polyphosphates as phosphate reserve, Biochemistry (Moscow), 73, 985-989, doi: 10.1134/s0006297908090046.

13. Lichko, L. P., Eldarov, M. A., Dumina, M. V., and Kulakovskaya, T. V. (2014) PPX1 gene overexpression has no influence on polyphosphates in Saccharomyces cerevisiae, Biochemistry (Moscow), 79, 1211-1215, doi: 10.1134/S000629791411008X.

14. Eldarov, M. A., Baranov, M. V., Dumina, M. V., Shgun, A. A., Andreeva, N. A., Trilisenko, L. V., Kulakovskaya, T. V., Ryasanova, L. P., and Kulaev, I. S. (2013) Polyphosphates and exopolyphosphatase activities in the yeast Saccharo-myces cerevisiae under overexpression of homologous and heterologous PPN1 genes, Biochemistry (Moscow), 78, 946-953, doi: 10.1134/S0006297913080129.

15. Trilisenko, L. V., Andreeva, N. A., Eldarov, M. A., Dumina, M. V., and Kulakovskaya, T. V. (2015) Polyphosphates and polyphosphatase activity in the yeast Saccharomyces cerevisiae during overexpression of the DDP1 gene, Biochemistry (Moscow), 80, 1312-1317, doi: 10.1134/S0006297915100120.

16. Trilisenko, L., Zvonarev, A., Valiakhmetov, A., Penin, A. A., Eliseeva, I. A., Ostroumov, V., Kulakovskiy, I. V., and Kulakovskaya, T. (2019) The reduced level of inorganic polyphosphate mobilizes antioxidant and manganese-resistance systems in Saccharomyces cerevisiae, Cells, 8, 461, doi: 10.3390/cells8050461.

17. Bensadoun, A., and Weinstein, D. (1976) Assay of proteins in the presence of interfering materials, Anal. Biochem., 70, 241-250.

18. Vagabov, V. M., Trilisenko, L. V., and Kulaev I. S. (2000) Dependence of inorganic polyphosphate chain length on the orthophosphate content in the culture medium of the yeast Saccharomyces cerevisiae, Biochemistry (Moscow), 65, 349-355.

19. Kulakovskaya, T. V., Andreeva, N. A., Karpov, A. V., Sidorov, I. A., and Kulaev, I. S. (1999) Hydrolysis of tripolyphosphate by purified exopolyphosphatase of Saccharomyces cerevisiae cytosol: kinetic model, Biochemistry (Moscow), 64, 990-993.

20. Andreeva, N., Trilisenko, L., Kulakovskaya, T., Dumina, M., and Eldarov, M. (2015) Purification and properties of recombinant exopolyphosphatase PPN1 and effects of its overexpression on polyphosphate in Saccharomyces cerevisiae, J. Biosci. Bioeng., 119, 52-56, doi: 10.1016/j.jbiosc.2014.06.006.

21. Trilisenko, L., Kulakovskaya, E., and Kulakovskaya, T. (2017) The cadmium tolerance in Saccharomyces cerevisiae depends on inorganic polyphosphate, J. Basic Microbiol., 57, 982-986, doi: 10.1002/jobm.201700257.

22. Gray, M. J., and Jakob, U. (2015) Oxidative stress protection by polyphosphate-new roles for an old player,Curr. Opin. Microbiol., 24, 1-6, doi: 10.1016/j.mib.2014.12.004.

23. Lichko, L., Kulakovskaya, T., Pestov, N., and Kulaev, I. (2006) Inorganic polyphosphates and exopolyphosphatases in cell compartments of the yeast Saccharomyces cerevisiae under inactivation of PPX1 and PPN1 genes, Biosci. Rep., 26, 45-54, doi: 10.1007/s10540-006-9003-2.