Presentación smg Alicia González Manjarrez

1. "Duplicación génica y diversificación funcional
en la levadura Saccharomyces cerevisiae"
Alicia González
Departamento de Genética Molecular
Instituto de Fisiología Celular
Universidad Nacional Autónoma de México
SOCIEDAD MEXICANA DE GENETICA

2. SIN DUDA Saccharomyces cerevisiae ES
EL MEJOR AMIGO DEL HOMBRE

3. No hay verdades absolutas;
todas las verdades son verdades a medias.
El error consiste en tratarlas
como verdades absolutas.
Alfred North Whitehead
Diálogos (1953)

4. Saccharomyces cerevisiae tiene un metabolismo peculiar
-Degrada glucosa o fructosa a
etanol aun en presencia de
oxígeno (crabtree effect).
-Tiene alta capacidad
fermentativa que le permite
crecer en ausencia de oxígeno
- Genera mutantes
mitocondriales deficientes en
respiración¨petit¨

5. ¿Cómo se originan los genes?
1. Duplicación de genes preexistentes
2. Transferencia horizontal
3. Material no codificante

6. Duplicación Genómica
4n
16% descendientes de
Hace ≈ 108 años
una duplicación genómica 16 %
72 %
28 % en mas
de una copia 2n
72 %

7. 2n 2n
ABCDEFGH
ABCDEFGH
LEVADURA ANCESTRAL
Kluyveromyces lactis
 150 m.a.
(aerobio estricto)
duplicación genómica
100 m.a.
4n 2n
ABCDEFGH ABC DEFGH
ABCDEFGH ABC DEFGH
ANCESTRO DE Saccharomyces cerevisiae
Saccharomyces (anaerobio facultativo)
Wolfe & Shields (1997) Nature

8. La duplicación genica favoreció el metabolismo facultativo
Merico, A. et al. (2007) FEBS Journal.

9. DUPLICACIÓN GÉNICA
La duplicación de genes funcionales representa una fuente de material
genético útil en la generación de funciones nuevas o especializadas.
CUAL ES EL DESTINO DE LOS GENES DUPLICADOS ?
DUPLICACIÓN
PÉRDIDA DE LA FUNCIÓN NEO-FUNCIONALIZACIÓN SUB-FUNCIONALIZACIÓN
GDH1
GDH3
90% 1%
ADHA
ORC1
ADH1 ADH2
SIR3
9%

10. La retencion de genes fue selectiva?
Representa alguna ventaja?

11. ¿Qué ventajas representó la duplicación?
Diferencia fisiológica entre S. cerevisiae y otras levaduras, su habilidad para
fermentar azúcares bajo condiciones aerobias y anaerobias, produciendo etanol.
Determinante en su adaptación evolutiva al
crecimiento anaerobio:
- Varios duplicados, regulados de manera distinta en
condiciones aerobias y anaerobias
- Otros codifican para transportadores de azúcares.
Duplicación coincide con el tiempo en que las
angiospermas se hicieron más abundantes
Aparición de un nuevo nicho ecológico
Retención de vías glucolíticas

12. Redundancia génica en el metabolismo de aminoácidos
% aa
Genes Enzyme ident. Function Compounds
GDH1, GDH3 1.4.1.4 NADP-glutamate 87 Glutamate biosynthesis -Ketoglutarate, NH4,
st
dehydrogenase (1 step) Glutamate
ASN1, ASN2 6.3.5.4 asparagine synthetase 88 Asparagine biosynthesis Aspartate, Glutamine
st
(1 step) Asparagine, Glutamate
LEU4, LEU9 4.1.3.12 isopropylmalate synthase 83 Leucine biosynthesis Acetyl-CoA, -Ketoisovalerate
(1st step) Isopropylmalate, CoA
LYS20, LYS21 4.1.3.21 homocitrate synthase 92 Lysine biosynthesis -Ketoglutarate, Acetyl-CoA
(1st step) Homocitrate, CoA
YDR111, YLR089 2.6.1.2 alanine transaminase 67 Alanine biosynthesis and/or Alanine-Ketoglutarate
(hypothetical) degradation Pyruvate, Glutamate
BAT1, BAT2 2.6.1.42 Leu/Ile/Val transaminase 77 Leu, Ile, Val biosynthesis Leu/Ile/Val-Ketoglutarate
and/or degradation Methyloxopentanoate,
Glutamate
SAM1, SAM2 2.5.1.6 S-adenosylmethionine 91 Methionine biosynthesis Methionine, ATP
synthase regulation S-Adenosylmethionine, PPi
AAT1, AAT2 2.6.1.1 aspartate transaminase 46 Aspartate biosynthesis Aspartate-Ketoglutarate
and/or degradation Oxaloacetate, Glutamate
SHM1, SHM2 2.1.2.1 Gly/Ser hydroxymethyl 60 Gly/Ser biosynthesis and/or Methylenetetrahydrofolate,
transferases degradation Glycine
Tetrahydrofolate, Serine

13. Utilización de carbono y metabolismo facultativo en S. cerevisiae
GLUCOSA glucosa
piruvato etanol piruvato acetil-CoA ETANOL
acetil-CoA
citrato
citrato
citrato oxalacetato
oxalacetato
CO2
-KG
-cetoglutarato
-KG
-KG
-cetoglutarato
succinato
succinato
Función respiratoria

14. Metabolismo central del nitrógeno
malate oxalacetate citrate L-glutamine
fumarate GS Gln1
-ketoglutarate Glt1 NH4+
GOGAT L-glutamate
succinate
NH4+ Gdh2
NAD-GDH
NADP-GDH
Gdh1 / Gdh3
NH4+

15. [glucose]
[ethanol]
0.2
6G dh1p
NADP-GDH ACTIVITY (U/mg)
GDH3,gdh1 G DH WT
66Gdh3p
 G dh3p
)
NADP GDH ACTIVITY (U/mg)
NADP-GDH (U mg)
-1
50
0.1 40
30
20
-
GDH1,gdh3
10
pH 5.8
0
0 1 2 3 4 5
0.0 [-cetoglutarato](mM)
[-ketog lutarate] (mM)
0 48 96 144
CULTURE TIME (h)
G E
GDH1
GDH3
GDH3
ACT1

16. En cultivos de etanol, los monomeros de Gdh1 y Gdh3 forman
hetero-oligomeros………..Esta observacion tiene un
significado fisiologico????????
Gdh1Vn Gdh3Vc Gdh1Vn / Gdh3Vc Gdh3Vn / Gdh1Vc
Geovani López Tesis Doctorado en curso

17. Se esta desarrollando un metodo para purificar la coleccion de isozimas de Gdh1-Gdh3
17

18. LA PAREJA ALT1/ALT2 ¿CODIFICA PARA ALANINO AMINOTRANSFERASAS?
GEORGINA PEÑALOSA
Alt1
Alt2?
Una mutante alt1no es auxótrofa de alanina, pero no crece en alanina como única fuente de N
papel catabólico.
Una mutante alt2 no afecta el metabolismo de alanina, no tiene fenotipo

19. Subcellular localization of the paralogous proteins Alt1 and Alt2
A)
Mitotracker Alt1-yECitrine Merge
B)
DIC ptetO7 Alt2-yECitrine Merge
Figure X. Subcellular localization of the paralogous proteins Alt1 yECitrine and ptetO7 Alt2-yECitrine through confocal
microscopy. Strains were grown on MM during exponential phase (~0.6 OD) glucose (2%, w/v) was used as a carbon
source, and 40 mM ammonium sulfate was used as a nitrogen source. A) Mitochondrial localization of Alt1-
yEcitrine, show co-localization with mitotracker. B) Cytoplasmic localization of Alt2-yECitrine with the inducible

20. A B
1 1
OD 600nm
OD 600nm
0.1 0.1
WT WT
alt1 alt1
alt2 alt2
alt1 alt2 alt1 alt2
0.01 0.01
0 2 4 6 8 10 0 5 10 15 20 25
Time (h) Time (h)
CURVAS DE CRECIMIENTO CURVAS DE CRECIMIENTO
C D
WT
alt1
alt2
alt1 alt2
0.40
25
0.35
alanine (nmol mg-1)
0.30 20
0.25
μ (h-1)
15
0.20
0.15
10
0.10
0.05 5
0.00
WT alt1Δ alt2Δ alt1Δ alt2Δ 0
OD600
0.3 0.6 0.9 2.0
VELOCIDAD DE CRECIMIENTO
PLoS ONE Peñalosa et al 2012 POZAS DE ALANINA

21. GLUCOSA + AMONIO GLUCOSA + ALANINA
A OD 600nm B OD 600nm
0.3 0.6 0.9 1.7 2.4 0.3 0.6 0.9 1.3 2.1
ALT1 ALT1
ALT2 ALT2
SCR1 SCR1
GLUCOSA + AMONIO
C D
ALT1-TAP OD 600nm ALT2-TAP OD 600nm
0.3 0.6 0.9 1.5 2.2 0.3 0.6 0.9 1.5 2.2
TAP Ab TAP Ab
Lys20/Lys21 Ab Lys20/Lys21 Ab
GLUCOSA + ALANINA
E
ALT1-TAP
ALT1-TAP OD 600nm F ALT2-TAP OD 600nm
0.3 0.6 0.9 1.5 2.2 0.3 0.6 0.9 1.5 2.2
TAP Ab TAP Ab
Lys20/Lys21 Ab Lys20/Lys21 Ab
PLoS ONE Peñalosa et al 2012

22. El represor Nrg1 Determina la expresion de ALT1 Y ALT2!!!!!!!!
EL REPRESOR NRG1 SE UNE A LOS PROMOTORES DE ALT1 Y ALT2
PLoS ONE Peñalosa et al 2012

23. La expresión de ALT1 se induce poralanina – catabólica
La expresión de ALT2 se reprimeporalanina - biosintética
Alt1 tiene actividad de alanino aminotransferasa
Alt2 NO tiene actividad de alanino aminotransferasa
PLoS ONE Peñalosa et al 2012

24. LA SOBREEXPRESION DE ALT2 AUMENTA TRANSCRITO, Y LA ACTIVIDAD ENZIMATICA?
PLoS ONE Peñalosa et al 2012

25. PLoS ONE Peñalosa et al 2012

26. ¿PORQUE SE CONSERVO ALT2?
POSIBLEMENTE TIENE OTRA ACTIVIDAD
¿COMO SE ORIGINO?
POSIBLES ORIGENES DE ALT2
FUNC 1 Ancestral Gene F1 F2 Ancestral Gene
FUNC 1 FUNC 1 F1 F2 F1 F2
MUTACIONES
FUNC 1 FUNC 2 FUNC 1 FUNC 2
Neofuncionalización Subfuncionalización
Post-duplicacion

27. DANKE!

28. LA DIVERGENCIA FUNCIONAL DE GENES DUPLICADOS
1.- PROPIEDADES FISICOQUIMICAS DE LOS PRODUCTOS
2.- LOCALIZACION SUBCELULAR DE LOS PRODUCTOS
3.- REGULACION TRANSCRIPCIONAL DE LOS GENES

29. EL SÉPTIMO SELLO
I. Bergman, 1957
"BUSCO LA VERDAD;
NO LA SUPOSICION NI LA CREENCIA"

30. Es Sacharomyces cerevisiae es el mejor
amigo del hombre