Regulación de la respuesta al estrés oxidante, el metabolismo secundario y la diferenciación mediante factores transcripcionales del tipo AP-1 en Penicillium chrysogenum Público Deposited
Penicillium chrysogenum es un hongo filamentoso del grupo de los ascomicetos productor del metabolito secundario penicilina, es en el metabolismo secundario donde se obtiene diversos compuestos que no son de importancia vital para la célula pero que a nivel científico e industrial son de gran relevancia, por lo general, se regula a diferentes niveles e involucra diversas reacciones enzimáticas que derivan en la biosíntesis de diversos metabolitos. En el caso de la biosíntesis de penicilina, esta se regula por diversos factores de transcripción y estímulos ambientales, como lo son las especies reactivas de oxígeno (ROS), que se sabe también desencadenan diferentes procesos morfogénicos en hongos filamentosos. Algunos factores de transcripción bZIP, como Yap1, AtfA y AtfB, median la resistencia al estrés oxidante y tienen un papel en la regulación del metabolismo secundario. En este trabajo se plantea caracterizar dos factores de transcripción que median la respuesta al estrés oxidante en el desarrollo y el metabolismo secundario en P. chrysogenum. Establecimos que la biosíntesis de penicilina y la conidiación son estimuladas por la adición de H2O2 al medio de cultivo y este efecto se regula a través de los factores de transcripción del tipo bZIP, PcYap1 y PcRsmA. Al silenciar los genes Pc-yap1 y Pc-rsmA se observaron fenotipos similares con una mayor acumulación de ROS, retraso y baja conidiación, mayor sensibilidad de los conidios al H2O2 y disminución en la producción de penicilina. Mientras que la sobreexpresión de estos mismos genes no representa un cambio significativo en la producción de penicilina, la conidiación se ve menos afectada que con el silenciamiento y acumulan menos ROS. PcYap1 y PcRsmA pueden detectar ROS generadas por H2O2 in vitro y cambiar su conformación en respuesta a este estímulo, además, regulan positivamente la expresión de brlA, primer gen de la vía central de regulación de la conidiación. PcYap1 se une in vitro a la secuencia reguladora TTAGTAA, previamente identificada en el promotor del gen pcbAB, del cluster de biosíntesis de penicilina, y a la secuencia TTACTAA en el promotor del gen brlA, mientras que PcRsmA se une a las secuencias TGAGACA y TTACGTAA (motivo CRE) en los promotores de los genes pcbAB y penDE, respectivamente. PcYap1 y PcRsmA como factores de transcripción del tipo bZIP, parecen trabajar en conjunto para regular positivamente la respuesta al estrés oxidante, la conidiación y la biosíntesis de penicilina. PcYap1 se identifica como el factor de transcripción PTA1 (Activador transcripcional de penicilina 1) propuesto anteriormente, este es el primer informe de una proteína Yap1 que regula directamente la transcripción de un gen del metabolismo secundario, mientras que PcRsmA regula positivamente la transcripción de los genes brlA y Pc-yap1. Finalmente, se propone un modelo que describe la red reguladora mediada por PcYap1 y PcRsmA.
Penicillium chrysogenum is a filamentous fungus of the ascomycete group that produces the secondary metabolite penicillin, it is in the secondary metabolism where various compounds are obtained that are not of vital importance for the cell but that at a scientific and industrial level are of great relevance, it is usually regulated at different levels and involves various enzymatic reactions that lead to the biosynthesis of various metabolites. In the case of penicillin biosynthesis, it is regulated by various transcription factors and environmental stimulus, such as reactive oxygen species (ROS), which are also known to trigger different morphogenic processes in filamentous fungi. Some bZIP transcription factors, such as Yap1, AtfA, and AtfB, mediate resistance to oxidative stress and have a role in secondary metabolism regulation. In this work, it is proposed to characterize two transcription factors that mediate the oxidative stress response in development and secondary metabolism in P. chrysogenum. We established that penicillin biosynthesis and conidiation are stimulated by the addition of H2O2 to the culture medium and this effect is mediated by the bZIP transcription factors, PcYap1 and PcRsmA. Silencing the Pc-yap1 and Pc-rsmA genes showed similar phenotypes with increased ROS accumulation, delayed and low conidiation, higher sensitivity of conidia to H2O2, and a decreased in penicillin production. Whereas overexpression of these same genes does not represent a significant change in penicillin production, conidiation is less affected than with silencing and they accumulate less ROS. PcYap1 and PcRsmA can sense H2O2-generated ROS in vitro and change its conformation in response to this stimulus, in addition, they positively regulate the expression of brlA, the first gene of the conidiation central regulatory pathway. PcYap1 binds in vitro to the TTAGTAA regulatory sequence, previously identified in the promoter of the pcbAB gene, of the penicillin biosynthesis cluster, and to the TTACTAA sequence in the promoter brlA gene, whereas PcRsmA binds to the sequences TGAGACA and TTACGTAA (CRE motif) in the promoters of the pcbAB and penDE genes, respectively. PcYap1 and PcRsmA as bZIP-type transcription factors seem to work together to positively regulate the response to oxidative stress, conidiation and penicillin biosynthesis. PcYap1 is identified as the previously proposed transcription factor PTA1 (Penicillin Transcriptional Activator 1), this is the first report of a Yap1 protein that directly regulating transcription of a secondary metabolism gene, while PcRsmA positively regulate the transcription of brlA and Pc-yap1 genes. Finally, a model is proposed that describing the regulatory network mediated by PcYap1 and PcRsmA.
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