Homeostasis de cationes en Sccharomyces cerevisae: distribución subcelular de potasio y sodio y función de Trk en la adaptación a cambios en el potasio externo

Abstract

Las células acumulan potasio para múltiples funciones. Ha sido bien documentado que la levadura modelo Saccharomyces cerevisiae crece a diferentes concentraciones externas de cationes alcalinos y mantiene altas y bajas concentraciones intracelulares de potasio y sodio, respectivamente. Sin embargo, se ha prestado poca atención al estudio de la distribución intracelular de estos cationes. La aproximación experimental más ampliamente utilizada, la permeabilización de la membrana plasmática, produce resultados incompletos, ya que usualmente sólo considera el citoplasma y las vacuolas como compartimentos donde los cationes están presentes en cantidades significativas. Mediante el aislamiento y análisis de los principales organelos de esta levadura, se ha determinado la localización subcelular de potasio y sodio en S. cerevisiae. Se ha observado que mientras las vacuolas acumulan la mayoría del potasio y sodio intracelular, el citosol contiene cantidades relativamente bajas de estos cationes, lo cual es especialmente relevante en el caso del sodio. Sin embargo, las concentraciones de potasio en el citosol, son mantenidas bastante constantes durante el proceso de ayuno de potasio, concluyéndose que para este propósito el potasio vacuolar es rápidamente movilizado. También se observó que la distribución intracelular está alterada en cuatro mutantes diferentes con una fisiología vacuolar defectuosa. Tanto en la cepa silvestre como en los mutantes vacuolares, el núcleo contiene y mantiene un porcentaje relativamente constante e importante de potasio y sodio, los cuales están muy probablemente involucrados en la neutralización de cargas negativas. El contenido intracelular de potasio de un mutante carente del principal sistema de transporte de la membrana plasmática (trk1,2) fue menor que el de la cepa silvestre cuando creció en condiciones limitantes del catión(5 mM KCl). Por el contrario, durante la fase estacionaria, el contenido intracelular del catión fue mayor en el mutante. Esto se vio reflejado en el potasio de los organelos, el doble mutante cultivado en 5 mM de KCl acumuló menos potasio en la vacuola, núcleo y “citoplasma” en fase logarítmica, mientras que en fase estacionaria retuvo más potasio en los mismos que la cepa silvestre. S. cerevisiae es capaz de adaptar sus niveles intracelulares de potasio a cambios en el medio externo. La homeostasis de potasio en la cepa silvestre, resuspendida en un medio con bajo potasio es un ejemplo de adaptación imperfecta, ya que la concentración...

Living cells accumulate potassium to fulfil multiple functions. It is well documented that the model yeast Saccharomyces cerevisiae grows at very different concentrations of external alkali cations and keeps high and low intracellular concentrations of potassium and sodium respectively. However less attention has been paid to the study of the intracellular distribution of these cations. The most widely used experimental approach, plasma membrane permeabilization, produces imcomplete results, since it usually considers only cytoplasm and vacuoles as compartments where the cations are present in significant amounts. By isolating and analysing the main yeast organelles, we have determined the subcellular location of potassium and sodium, the cytosol contains relatively low amounts, which is especially relevant in the case of sodium. However, K⁺ concentrations in the cytosol are kept rather constant during the K ⁺- starvation process and we concluded that, for that purpose, vacuolar K ⁺ has to be rapidly mobilized. We also show that this intracellular distribution is altered in four different mutants with impaired vacuolar physiology. Finally, we show that both in wild-type and vacuolar mutants, nuclei contain and keep a relatively constant and important percentage of total intracellular K ⁺ and Na ⁺, which most probably is involved in the neutralization of negative charges. Yeast mutants lacking the main plasma membrane potassium transporter contained less potassium than the wild type when grown at limiting potassium(5 mMKCl). However, duringstationary phase, the intracellular content was higher in the mutant. This fact was also observed in the main organelles. The double mutantcontainedless potassiumin the vacuole, the nucleus and"cytoplasm" during log phase, while in the stationary phase, the same organelles retained more potassium than the control strain. S. cerevisiae cells are able to grow at very different potassium concentrations adapting its intracellular cation levels to changes in the external milieu. Potassium homeostasis in wild type cells resuspended in media with low potassium is an example of non-perfect adaptation since the same intracellular concentration is not approached irrespective of the extracellular levels of the cation. By using yeasts lacking the Trk1,2 system or expressing different versions of the mutated main plasma membrane potassium...