Análisis genómico-funcional de la regulación de la expresión génica por la luz en el hongo Mucor circinelloides

Resumen

La luz induce una amplia variedad de respuestas relacionadas con la fisiología celular y el comportamiento de muchos organismos. El conocimiento de los mecanismos moleculares implicados en la regulación de esas respuestas es, sin duda, uno de los grandes retos de la biología molecular. Hongos filamentosos, como Neurospora crassa, han contribuido al conocimiento de algunos de los mecanismos moleculares implicados en las respuestas a la luz. La caracterización de los genes white collar-1 y white collar-2 (wc-1 y wc-2), dos genes claves en todas las respuestas a la luz de este hongo, ha sido crucial en el desarrollo de esos conocimientos. Por otra parte, la biosíntesis de carotenos en hongos, como el propio N. crassa o el cigomiceto Phycomyces blakesleeanus, es una de las respuestas a la luz que más atención ha merecido por parte de un número importante de investigadores. El hongo Mucor circinelloides, otro cigomiceto, responde a la luz azul incrementando notablemente la síntesis de carotenos. La carotenogénesis en M. circinelloides está controlada por crgA, un gen que cifra una proteína RING-finger represora de la carotenogenesis. Este gen está evolutivamente conservado desde hongos hasta humanos y, por tanto, no es un gen exclusivo de la carotenogénesis. De hecho, en el propio M. circinelloides regula también procesos de desarrollo, como la formación de hifas aéreas y producción de esporas asexuales. Este gen está presente en prácticamente todos los eucariotas, pero sólo se ha estudiado en los hongos fundamentalmente en M. circinelloides. El gen crgA regula la carotenogénesis a través del control de la expresión del gen mcwc-1b. En concreto, la proteína CrgA está implicada directa o indirectamente en la adición de una o dos ubiquitinas a la proteína Mcwc-1b, lo que supone su inactivación, pero no su degradación. Esta tesis ha caracterizado en detalle las bases moleculares de dicho mecanismo, que ha includo objetivos específicos como la caracterización de la oligoubiquitilación de Mcwc-1b, la identificación y caracterización de genes regulados por crgA de forma dependiente e independiente de mcwc-1b así como genes exclusivamente regulados por mcwc-1b. Mediante mutagénesis dirigida se ha identificado la lisina de Mcwc-1b que es diana de la ubiquitilación mediada por CrgA. Mediante análisis transcriptómico se ha determinado que la expresión de al menos 350 genes, que representan cerca del 3% de los genes identificados en M. circinelloides, depende de crgA, revelando el importante papel de crgA en la regulación de la expresión génica. La regulación ejercida por crgA es principalmente a través de mcwc-1b, sin embargo, ambos son capaces de regular la expresión de algunos genes de forma independiente. Se ha encontrado un enriquecimiento de genes implicados en el metabolismo de aminoácidos y de metabolitos secundarios regulados por crgA. La regulación de un aspecto tan básico como la síntesis de aminoácidos podría significar que este gen también pueda ejercer esta función en eucariotas superiores. Esta tesis también ha caracterizado a nivel transcriptómico la respuesta a la luz en M. circinelloides. M. circinelloides presenta tres genes homólogos al gen wc-1 (mcwc-1a, mcwc-1b y mcwc-1c). En esta tesis se han planteado el objetivo de caracterizar a nivel molecular las respuestas a la luz de M. circinelloides y la implicación de los tres genes wc-1. El análisis transcriptómico realizado en esta tesis ha identificado 146 genes (1,24 % del genoma) regulados por luz, muchos de ellos a través de mcwc-1a, indicando que es elemento principal de control de las respuestas a la luz. La existencia de genes que se inducen en los mutantes en los tres genes mcwc-1 de M. circinelloides, sugiere que existen otros fotorreceptores que podrán ser caracterizados en futuras investigaciones.