Trk1 influye en el funcionamiento de diversos procesos fisiológicos en Candida glabrata

Abstract

Candida glabrata es una levadura haploide, que a pesar de su nombre se encuentra filogenéticamente más cercana a Saccharomyces cerevisiae que a C. albicans. Se considera a esta levadura un patógeno emergente, ya que actualmente es la segunda causa más común de candidiasis después de C. albicans. Nuestro interés principal en C. glabrata deriva de que esta es la primera vez que se estudia a una levadura patógena con un único transportador de potasio en su membrana plasmática. En este trabajo se ha investigado el papel del transportador Trk1 de C. glabrata en la homeostasis de potasio y su implicación en otros parámetros fisiológicos con dos cepas de esta levadura (silvestre y trk1Δ). Además se realizó una segunda aproximación con dos cepas de S. cerevisiae: una cepa control carente de sus transportadores de potasio (BYT12 (YEp352)) y otra cepa derivada de la anterior en la que se expresa heterólogamente el gen CgTRK1 (BYT12 (YEp-CgTRK1)). Actualmente se tiene poca información acerca de la homeostasis de potasio en C. glabrata. En esta tesis se ha abordado con detalle la función de CgTrk1 como transportador de potasio en esta levadura. Para ello se han realizado ensayos relacionados con el crecimiento en medio sólido y en medio líquido en diferentes concentraciones de potasio, contenido intracelular y absorción del catión y transporte de potasio (rubidio). Todos estos ensayos han demostrado que CgTrk1 puede trabajar en diferentes condiciones de crecimiento y que funciona como un transportador de potasio tanto en C. glabrata como cuando se expresa en S. cerevisiae, ya que permitió a las cepas que contienen este transportador crecer mejor en concentraciones micromolares de potasio. Además y en relación con el transporte de potasio, se observó que la actividad de CgTrk1 varió entre células normales en potasio y células ayunadas de potasio, y estas variaciones se observaron en los parámetros cinéticos de Vmax y Km, ya que en las células que contenían este transportador, tanto la velocidad máxima como la afinidad por el sustrato aumentaron en células ayunadas de potasio, hecho que no se observó en las células que no contenían este transportador. En la segunda parte de estas tesis se han estudiado otros fenotipos asociados al transportador CgTrk1. Estos fenotipos están relacionados con el estrés salino, el volumen celular, la tolerancia a sustancias tóxicas, la sensibilidad al efecto tóxico de la levadura Debaryomyces hansenii y la adhesión a un medio de cultivo sólido. En relación al estrés salino, se observó que las células de C. glabrata y S. cerevisiae que contienen el transportador CgTrk1 eran menos sensibles al litio y al sodio o que la presencia de potasio redujo de forma eficiente el transporte de litio en las células que contenían este transportador. En lo referente al volumen celular, aunque no pudimos observar cambios de este parámetro dependiente de CgTrk1 en C. glabrata, trabajando con S. cerevisiae observamos que a concentraciones bajas de potasio, solo las cepas que contenían el transportador pudieron tomar potasio, aumentar su volumen celular y su contenido intracelular de potasio. La tolerancia a sustancias tóxicas se determinó con compuestos que inhiben algún componente de la cadena de transporte electrónico mitocondrial, y se observó que algunos de ellos inhibieron más el crecimiento de las cepas que contenían el transportador CgTrk1. En relación al efecto tóxico de la levadura D. hansenii, se observó que inhibió el crecimiento de C. glabrata y además inhibió más al crecimiento de la cepa silvestre de esta levadura. En la adhesión a un medio de cultivo sólido, un fenotipo que pudiera estar relacionado con la virulencia de C. glabrata, se observó que la cepa silvestre de esta levadura se mantuvo más tiempo adherida a un medio de cultivo sólido que la cepa trk1Δ cuando ambas se expusieron bajo el mismo caudal de un grifo. En definitiva, en este trabajo se muestra como el transportador CgTrk1 además de ser un transportador de potasio, tiene un papel importante en varios parámetros fisiológicos de la levadura C. glabrata, y hace pensar que esta proteína sería una posible diana para el desarrollo de nuevos tratamientos con antifúngicos.

Candida glabrata is a haploid yeast that despite its name, is phylogenetically closer to Saccharomyces cerevisiae than C. albicans. This yeast is considered an emergent pathogen as it´s currently the second most common cause of candidiasis after C. albicans. Our main interest in C. glabrata originates from the fact that it is the first time a research is done on a pathogenic yeast with a unique plasma membrane potassium transporter. This paper has investigated the role of the C. glabrata Trk1 potassium transporter in potassium homeostasis and its involvement in other physiological parameters with two strains of this yeast (wild type and trk1Δ). A second approach was also done with two strains of S. cerevisiae: a strain without its potassium transporters (BYT12 (YEp352)) and another strain derived from the previous that express heterologistly the gene CgTRK1 (BYT12 (YEp-CgTRK1)). There is very little information nowadays about the potassium homeostasis in C. glabrata. This thesis addresses in detail the CgTRK1 function like potassium transporter in this yeast. To such purpose, trials related to growth in solid and liquid media in different potassium concentrations, potassium content and potassium (rubidium) transport have been conducted. All this trials have demonstrated that CgTrk1 can work in different growth conditions and work as a potassium transporter both in C. glabrata and when it´s expressed in S. cerevisiae because it allowed the strains that contain this transporter growing better in micromolar potassium concentrations. In addition to this and in relation to the potassium transport, it was observed that the activity of CgTrk1 varied between normal potassium cells and free potassium cells and this variations were observed in the kinetic parameters of Vmax and Km; This was due to the fact that in the cells that contain this transporter both the maximum velocity and the affinity to the substrate increased in free potassium cells, fact that was not observed in cells that didn´t contain this transporter. In the second part of this thesis other phenotypes have been researched related to the CgTrk1 transporter. These phenotypes are related to the salt stress, the cell volume, the tolerance to toxic substances, the sensibility to the toxic effect from the yeast Debaromyces hansenii and the adhesion to growth solid medium. In relation to the salt stress it was observed that C. glabrata and S. cerevisiae cells containing the CgTrk1 transporter were less sensible to lithium and sodium and that the presence of potassium efficiently decreased the lithium transport in cells containing this transporter. When it comes to the cell volume, although we couldn´t observe changes of this parameter CgTrk1-dependent in C. glabrata, working with S. cerevisiae, we observed that at low potassium concentrations, only the strains containing this transporter could take potassium and could increase the cell volume and the potassium content. The tolerance to toxic substances was determined by compounds that inhibit some component of the mitochondrial electronic transport chain, and it was observed that some of them further inhibited the growth of the strains containing the CgTrk1. In relation to the toxic effect of the yeast D. hansenii, it was observed that it inhibited the growth of C. glabrata and it also inhibited more the growth of the wild type strain of this yeast. In the adhesion to growth solid medium, a phenotype that could be related to the virulence of C. glabrata, it was observed that the wild type strain of this yeast remained longer attached to the growth solid medium than the trk1Δ strain when both strains were exposed under the same flow of a faucet. In short, this work shows that the CgTrk1 transporter is not only a potassium transporter, but it also has an important role in some physiological parameters of the yeast C. glabrata, and makes you think that this protein would be a possible target for developing new antifungal treatments.