The Influence of Knockouts of PPN1 Polyphosphatase and VTC4 Polyphosphate Synthetase Genes on Growth on Ethanol and Mitochondrial Polyphosphates in Saccharomyces cerevisiae

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

One of the functions of inorganic polyphosphates (polyP), as compounds with phosphoester bonds, is participation in energy metabolism. Yeast mitochondria contain their own pool of polyphosphates; however, the ways in which these polymers are involved in the functioning of mitochondria in these microorganisms are not well understood. The aim of this work was to identify the effect of knockout mutations of the VTC4 polyphosphate synthetase gene and PPN1 one of the polyphosphatases gene on the content of polyphosphates and polyphosphatase activity in mitochondria of S. cerevisiae and the characteristics of the growth of mutant strains on ethanol. It was shown that knockout of the VTC4 gene led to a significant decrease in the content of polyP in mitochondria. Knockout of the PPN1 gene led to the disappearance of polyphosphatase activity, but only to a slight increase in the content of polyphosphates in mitochondria during growth on glucose. When grown on ethanol, the polyP content in the mitochondria of this strain coincided with that of the parental strain, and in both strains, it was approximately two times less than when grown on glucose. Both mutants are able to grow on a medium with ethanol as a carbon source; however, they are characterized by an elongation of the lag phase upon the transition from glucose consumption to ethanol consumption. It has been suggested that mitochondrial polyphosphates may represent the energy reserve of these organelles, which is necessary for the formation of full-fledged mitochondria during the transition from glycolysis to oxidative phosphorylation.

全文:

受限制的访问

作者简介

A. Tomashevski

Federal Research Center “Pushchino Scientific Center for Biological Research of the Russian Academy of Sciences”, Skryabin Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms

编辑信件的主要联系方式.
Email: tomashevskialexandr25@gmail.com
俄罗斯联邦, Pushchino

T. Kulakovskaya

Federal Research Center “Pushchino Scientific Center for Biological Research of the Russian Academy of Sciences”, Skryabin Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms

Email: tomashevskialexandr25@gmail.com
俄罗斯联邦, Pushchino

参考

  1. Кулаковская Т. В., Трилисенко Л. В., Личко Л. П., Вагабов В. М., Кулаев И. С. Влияние инактивации генов экзополифосфатазы РРХ1 и PPN1 на содержание полифосфатов различных фракций у Saccharomyces cerevisiae // Микробиология. 2006. Т. 75. С. 35–39.
  2. Kulakovskaya T. V., Trilisenko L. V., Lichko L. P., Vagabov V. M., Kulaev I. S. The effect of inactivation of the exo- and endopolyphosphatase genes PPX1 and PPN1 on the level of different polyphosphates in the yeast Saccharomyces cerevisiae // Microbiology (Moscow). 2006. V. 75. P. 25‒28.
  3. Abramov A., Fraley C., Diao C., Winkfein R., Colicos M., Duchen M., French R., Pavlov E. Targeted polyphosphatase expression alters mitochondrial metabolism and inhibits calcium-dependent cell death // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007. V. 104. P. 18091–18096.
  4. Andreeva N., Trilisenko L., Eldarov M., Kulakovskaya T. Polyphosphatase PPN1 of Saccharomyces cerevisiae: switching of exopolyphosphatase and endopolyphosphatase activities // PLoS One. 2015. V. 10. P. e0119594. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0119594
  5. Andreeva N., Ledova L., Ryazanova L., Tomashevsky A., Kulakovskaya T., Eldarov M. Ppn2 endopolyphosphatase overexpressed in Saccharomyces cerevisiae: comparison with Ppn1, Ppx1, and Ddp1 polyphosphatases // Biochimie. 2019. V. 163. P. 101–107.
  6. Azevedo C., Livermore T., Saiardi A. Protein polyphosphorylation of lysine residues by inorganic polyphosphate // Molecular Cell. 2015. V. 58. P. 71–82.
  7. Azevedo C., Desfougères Y., Jiramongkol Y., Partington H., Trakansuebkul S., Singh J., Steck N., Jessen H. J., Saiardi A. Development of a yeast model to study the contribution of vacuolar polyphosphate metabolism to lysine polyphosphorylation // J. Biol. Chem. 2020. V. 295. P. 1439–1451.
  8. Baev A. Y., Angelova P. R., Abramov A. Y. Inorganic polyphosphate is produced and hydrolyzed in F0F1-ATP synthase of mammalian mitochondria // Biochem. J. 2020. V. 477. P. 1515‒1524.
  9. Boyce K. J., Kretschmer M., Kronstad J. W. The vtc4 gene influences polyphosphate storage, morphogenesis, and virulence in the maize pathogen Ustilago maydis // Eucar. Cell. 2006. V. 5. P. 1399–1409.
  10. Denoncourt A., Downey M. Model systems for studying polyphosphate biology: a focus on microorganisms // Curr. Genet. 2021. V. 67. P. 331‒346.
  11. Gerasimaitė R., Mayer A. Enzymes of yeast polyphosphate metabolism: structure, enzymology and biological roles // Biochem. Soc. Trans. 2016. V. 44. P. 234–239.
  12. Gerasimaite R., Pavlovic I., Capolicchio S., Hofer, A., Schmidt A., Jessen H. J., Mayer A. Inositol pyrophosphate specificity of the SPX-dependent polyphosphate polymerase VTC // ACS Chem. Biol. 2017. V. 12. P. 648–653.
  13. Guitart-Mampel M., Urquiza P., Carnevale Neto F., Anderson J. R., Hambardikar V., Scoma E. R., Merrihew G. E., Wang L., MacCoss M.J., Raftery D., Peffers M. J., Solesio M. E. Mitochondrial inorganic polyphosphate (polyP) is a potent regulator of mammalian bioenergetics in SH-SY5Y cells: a proteomics and metabolomics study // Front. Cell Dev. Biol. 2022. V. 10. P. 833127. https://doi.org/10.3389/fcell.2022.833127
  14. Hothorn M., Neumann H., Lenherr E. D., Wehner M., Rybin V., Hassa P. O., Uttenweiler A., Reinhardt M., Schmidt A., Seiler J., Ladurner A. G., Herrmann C., Scheffzek K., Mayer A. Catalytic core of a membrane-associated eucaryotic polyphosphate polymerase // Science. 2009. V. 324. P. 513–516.
  15. Kulaev I. S., Vagabov V. M., Kulakovskaya T. V. The biochemistry of inorganic polyphosphates. Chichester: Wiley, 2004.
  16. Kulakovskaya T. V., Andreeva N. A., Karpov A. V., Sidorov I. A. Kulaev I. S. Hydrolysis of tripolyphosphate by purified exopolyphosphatase from Saccharomyces cerevisiae cytosol: kinetic model // Biochemistry (Moscow). 1999. V. 64. P. 1180‒1184.
  17. Lichko L., Kulakovskaya T., Pestov N., Kulaev I. Inorganic polyphosphates and exopolyphosphatases in cell compartments of the yeast Saccharomyces cerevisiae under inactivation of PPX1 and PPN1 genes // Biosci. Rep. 2006. V. 26. P. 45‒54.
  18. Muller O., Bayer M. J., Peters C., Andersen J. S., Mann M., Mayer A. The Vtc proteins in vacuole fusion: coupling NSF activity to V(0) trans-complex formation // EMBO J. 2002. V. 21. P. 259–269.
  19. Muller O., Neumann H., Bayer M. J. Mayer A. Role of Vtc proteins in V-ATPase stability and membrane trafficking // J. Cell Sci. 2003. V. 116. P. 1107–1115.
  20. Orell A., Navarro C. A., Rivero M., Aguilar J. S., Jerez C. A. Inorganic polyphosphates in extremophiles and their possible functions // Extremophiles. 2012. V. 16. P. 573–583.
  21. Pavlov E., Zakharian E., Bladen C., Diao C. T., Grimbly C., Reusch R. N., French R. J. A large, voltage-dependent channel, isolated from mitochondria by water-free chloroform extraction // Biophys J. 2005. V. 88. P. 2614–2625.
  22. Pestov N. A., Kulakovskaya T. V., Kulaev I. S. Inorganic polyphosphate in mitochondria of Saccharomyces cerevisiae at phosphate limitation and phosphate excess // FEMS Yeast Res. 2004. V. 4. P. 643‒648.
  23. Pestov N. A., Kulakovskaya T. V., Kulaev I. S. Effects of inactivation of the PPN1 gene on exopolyphosphatases, inorganic polyphosphates and function of mitochondria in the yeast Saccharomyces cerevisiae // FEMS Yeast Res. 2005. V. 5. P. 823–828.
  24. Rao N. N., Gómez-García M.R., Kornberg A. Inorganic polyphosphate: essential for growth and survival // Ann. Rev. Biochem. 2009. V. 78. P. 605–647.
  25. Sethuraman A., Rao N. N., Kornberg A. The endopolyphosphatase gene: essential in Saccharomyces cerevisiae // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2001. V. 98. P. 8542‒8547.
  26. Solesio M. E., Xie L., McIntyre B., Ellenberger M., Mitaishvili E., Bhadra-Lobo S., Bettcher L. F., Bazil J. N., Raftery D., Jakob U. Depletion of mitochondrial inorganic polyphosphate (polyP) in mammalian cells causes metabolic shift from oxidative phosphorylation to glycolysis // Biochem. J. 2021. V. 478. P. 1631–1646.
  27. Tomashevsky A., Kulakovskaya E., Trilisenkob L., Kulakovskiy I., Kulakovskaya T., Fedorov A., Eldarov M. VTC4 polyphosphate polymerase knockout increases stress resistance of Saccharomyces cerevisiae // Cells. Biol. 2021. V. 10. Art. 487. https://doi.org/10.3390/biology10060487
  28. Wozny M. R., Di Luca A., Morado D. R., Picco A., Khaddaj R., Campomanes P., Ivanović L., Hoffmann P. C., Miller E. A., Vanni S., Kukulski W. In situ architecture of the ER-mitochondria encounter structure // Nature. 2023. V. 618. P. 188‒192. https://doi.org/10.1038/s41586-023-06050-3

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2. Fig. 1. Growth curves on YPD and YPEth medium: 1 - parental strain on YPD; 2 - strain with PPN1 gene knockout on YPD; 3 - strain with VTC4 gene knockout on YPD; 4 - parental strain on YPEth; 5 - strain with PPN1 gene knockout on YPEth; 6 - strain with VTC4 gene knockout on YPEth

下载 (140KB)
3. Fig. 2. PolyP content in mitochondria from cells grown on glucose, μmol Pi/mg protein: 1 - parental strain; 2 - strain with PPN1 gene knockout; 3 - strain with VTC4 gene knockout

下载 (130KB)
4. Fig. 3. PolyP content in mitochondria from cells grown on ethanol, μmol Pi/mg protein: 1 - parental strain; 2 - strain with PPN1 gene knockout

下载 (121KB)
5. Fig. 4. Resumption of strain growth after reseeding on YPEth medium: 1 - parental strain; 2 - strain with PPN1 gene knockout; 3 - strain with VTC4 gene knockout

下载 (110KB)

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».