El factor de intercambio de nucleótidos de guanina de levadura Sec7 es un cuello de botella en el control de calidad espacial de las proteínas y desintoxica las proteínas de las enfermedades neurológicas.

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Aug 13, 2023

El factor de intercambio de nucleótidos de guanina de levadura Sec7 es un cuello de botella en el control de calidad espacial de las proteínas y desintoxica las proteínas de las enfermedades neurológicas.

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 14068 (2023) Citar este artículo Detalles de las métricas El tráfico del RE al Golgi participa en la clasificación de proteínas citoplasmáticas mal plegadas para reducir su

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 14068 (2023) Citar este artículo

Detalles de métricas

El tráfico del RE al Golgi participa en la clasificación de proteínas citoplasmáticas mal plegadas para reducir su toxicidad citológica. Aquí mostramos que la levadura Sec7, una proteína involucrada en la proliferación del Golgi, es parte de esta vía y participa en una formación de depósitos de proteínas insolubles (IPOD) dependiente de Hsp70. Sec7 se asocia con la desagregasa Hsp104 durante un choque térmico leve y aumenta la tasa de difusión de Hsp104 de una manera dependiente de Hsp70 cuando se produce en exceso. La sobreproducción de Sec7 aumentó la formación de IPOD a partir de agregados más pequeños y mitigó la toxicidad del exón-1 de Huntingtin en caso de estrés por calor, mientras que el agotamiento de Sec7 aumentó la sensibilidad a aẞ42 de la enfermedad de Alzheimer y a la α-sinucleína de la enfermedad de Parkinson, lo que sugiere un papel de Sec7 en la mitigación de la proteotoxicidad.

La maquinaria de control de calidad de proteínas (PQC) en la célula es crucial para mantener la síntesis, plegamiento, transporte, degradación y secuestro de proteínas en un equilibrio funcional (proteostasis) y previene la toxicidad causada por proteínas aberrantes. Consta de muchas vías concertadas, que se ven facilitadas en gran medida por la acción de chaperonas moleculares. Hay una multitud de factores estresantes que pueden causar un desequilibrio en la proteostasis, lo que lleva a la pérdida o ganancia de la función de las proteínas y altera los procesos celulares1,2,3,4. Estos factores estresantes son, por ejemplo, el choque térmico y el estrés oxidativo. Además, la degradación de la proteostasis desempeña un papel central en muchas enfermedades neurodegenerativas asociadas a la edad, incluidas la enfermedad de Huntington, el Alzheimer y el Parkinson5,6,7,8; Enfermedades caracterizadas por la acumulación de oligómeros y agregados de proteínas tóxicas.

Las enfermedades neurodegenerativas, la descomposición de la PQC y la agregación de proteínas se han relacionado con defectos en el tráfico de vesículas intracelulares que ocurren durante el envejecimiento en varios organismos9,10,11,12,13,14,15,16,17: por ejemplo, la proteína Huntingtina interactúa con proteínas involucradas en el tráfico de vesículas18,19 y la proteína de la enfermedad causa defectos en la endocitosis12. De manera similar, el procesamiento de aß a partir de la proteína precursora de amiloide (APP) se ve facilitado por el tráfico endolisosomal y, por lo tanto, está directamente relacionado con diferentes sistemas de endomembrana que funcionan mal en la enfermedad de Alzheimer10,11,17,20,21,22. Además, se sabe que la α-sinucleína de la enfermedad de Parkinson media el tráfico de membrana y las fallas en dicho tráfico desempeñan un papel importante en la agregación de α-sinucleína y en la propagación de la enfermedad de célula a célula16,23,24,25,26,27. En S. cerevisiae, también hay evidencia de que el tráfico de membrana funcional es importante para manejar los agregados de α-sinucleína26,28.

Además de la función del tráfico de endomembranas en enfermedades neurológicas, se ha descrito previamente un papel del tráfico endocítico en el envejecimiento de las levaduras, la proteostasis y el control de la esperanza de vida29. Se sabe que el tráfico de vesículas de levadura consta de varias vías interconectadas altamente conservadas30,31,32, que requieren comunicación e intercambio de material constantes. Por tanto, los sistemas están muy próximos y en contacto entre sí a través de orgánulos celulares y proteínas de conexión. Estas rutas de tráfico consisten en la vía de exocitosis/secretora (SEC), que dirige las proteínas hacia la membrana plasmática o fuera de la célula, y las vías VPS y ALP que guían la carga hacia la vacuola. La endocitosis (vía END) permite la captación de proteínas de la membrana plasmática y componentes del medio extracelular, que después de la internalización en endosomas se clasifican y envían a la vacuola para su degradación o al Golgi para su reciclaje (vía RCY). Las vías que participan en el tráfico de endomembranas dependen de una multitud de factores, incluidas las Rab GTPasas y las proteínas SNARE, como la sintaxina-5 de levadura Sed5, que participa en el tráfico anterógrado COPII desde el RE al Golgi y recientemente se demostró que funciona como un cuello de botella en el tráfico espacial. PQC (sPQC) en levadura33.

El sPQC clasifica las proteínas mal plegadas en distintos sitios asociados a orgánulos dentro de la célula. Tras el choque térmico, las proteínas mal plegadas en el citoplasma de la levadura se acumulan primero en múltiples sitios llamados CytoQ, también conocidos como cuerpos Q o focos de estrés, que posteriormente se fusionan en sitios de deposición más grandes comúnmente conocidos como inclusiones34,35,36,37. Estas inclusiones están localizadas en al menos tres sitios distintos conocidos como sitio de control de calidad yuxtanuclear y/o intranuclear (JUNQ/INQ); el depósito periférico de proteínas insolubles asociadas a vacuolas (IPOD); y un sitio adyacente a las mitocondrias33,35,38,39,40,41.

En este artículo, informamos que el factor de intercambio de nucleótidos de guanina de levadura, Sec7, un componente clave en el tráfico de Golgi42,43, es un cuello de botella adicional en la sPQC dependiente de Hsp70, incluida la formación de inclusiones asociadas a orgánulos, y que la sobreproducción de Sec7 aumenta la capacidad espacial. proteostasis durante el choque térmico leve y el envejecimiento y mitiga la toxicidad del exón-1 de Huntingtin.

En un estudio reciente, descubrimos el papel del tráfico de vesículas y específicamente de la sintaxina-5 de levadura para garantizar una sPQC adecuada tras un choque térmico leve mediante la detección de genes no esenciales en la biblioteca de mutantes de levadura eliminados para detectar defectos en la formación de inclusiones33. Aquí, aplicamos una evaluación similar que incluye los genes esenciales de la levadura, es decir, realizamos microscopía de alto contenido después de un leve choque térmico y determinamos qué cepas mutantes sensibles a la temperatura (ts) muestran tres o más agregados de Hsp104-GFP por célula (mutante tipo 3). en lugar de las típicas inclusiones de una o dos. Las principales categorías funcionales enriquecidas entre los genes esenciales involucrados en la formación de inclusiones (análisis SAFE44; Fig. 1a) son la polaridad celular, el tráfico de vesículas, la cromatina/transcripción y el recambio de proteínas (Fig. 1a). El papel de la polaridad celular en la sPQC se ha estudiado en detalle previamente45,46,47. El tráfico de vesículas también se enriqueció como categoría funcional entre los aciertos al seleccionar la biblioteca de mutantes no esenciales33 y confirma que esta categoría está involucrada en la sPQC de agregados de proteínas endógenas tras el choque térmico. Entre los genes identificados se encontraban factores conocidos necesarios para una sPQC adecuada, como la sintaxina-5 esencial y los componentes del complejo COG (tabla complementaria 133). Además de analizar los datos del choque térmico después de 110 min como criterio de valoración, nos propusimos encontrar alelos ts, que causan una falla prolongada en la coalescencia agregada al monitorear el número de agregados por célula también en puntos de tiempo posteriores, 220 y 330 min. Al comparar el momento tardío (330 min) con el temprano (110 min) del choque térmico, identificamos mutaciones que causaron una falla drástica en sPQC (tabla complementaria 2).

Se identificó que Sec7, entre otros componentes del tráfico de vesículas, mantiene una PQC espacial adecuada tras un choque térmico. (a) Análisis SAFE, imagen modificada de TheCellMap.org, resultados para células tipo 3 tras un choque térmico continuo durante 110 minutos utilizando la biblioteca de mutantes de levadura de genes esenciales. ( b ) Fracción de tipo 3 en WT y células mutantes sec7-1 tras choque térmico continuo (38 ° C, 90 min). (c) Fenotipo agregado de células WT y sec7-1 (38 ° C, 90 min), células representativas de (b). ( d ) Fracción del tipo 3 tras choque térmico continuo (38 ° C, 90 min) en células WT que sobreproducen SEC7 en comparación con el control del vector (usando el plásmido 316-SEC7-mRFP (promotor ADH1)). ( e ) Fenotipo agregado de células WT sin y con sobreproducción de Sec7 (38 ° C, 90 min, células representativas de ( d ). Las imágenes son proyecciones Z máximas de cortes relevantes con ajuste de brillo / contraste consistentemente en todas las cepas dentro de la figura. Barra de escala de 2 μm.

El SEC7 esencial, con un papel en la maduración/proliferación del Golgi y el tráfico intra-Golgi, fue seleccionado para un análisis más detallado entre los resultados debido a su fenotipo tipo 3 y dado que anteriormente se encontró como un interactor físico de Hsp104 a temperatura permisiva e incluso más. así durante un choque térmico leve29. Las células mutantes sec7-1 condicionales mostraron defectos graves en la formación de inclusiones IPOD y, en cambio, albergaron múltiples (tres o más) agregados más pequeños (Fig. 1b, c) y solo redujeron el número de células libres de focos Hsp104-GFP durante el calor continuo. shock en un 17%. Por lo tanto, estuvo entre los golpes más fuertes de los mutantes con capacidad comprometida para aliviar la agregación asociada a Hsp104 durante el estrés por calor prolongado. Probamos si Sec7 limita la formación de IPOD al sobreproducirlo en un plásmido (Fig. 1d, e) e intercambiar su promotor nativo por el promotor GPD constitutivo fuerte (Fig. 1a complementaria). Descubrimos que dicha sobreproducción aumentó drásticamente la formación de IPOD a partir de pequeños agregados, es decir, redujo el número de células tipo 3, lo que indica que Sec7 es limitante en las células de tipo salvaje para sPQC. Se confirmó aún más un vínculo entre Sec7 y la secreción en sPQC mediante el tratamiento de células con brefeldina A, un inhibidor de Sec7 y otros factores de secreción (Figura 1b complementaria). Para determinar si Sec7 y Sed5 actúan a través de la misma vía en sPQC, realizamos ensayos de eliminación agregada con la cepa de sobreproducción Sec7 (Fig. 1c complementaria). En contraste con el marcado aumento en el aclaramiento observado en las células de sobreexpresión de SED533, no se encontró tal efecto al sobreexpresar SEC7, lo que indica que la sobreproducción de cada uno de los dos factores puede no mejorar las mismas vías de sPQC, o que umbrales cuantitativamente diferentes para lograr un efecto en Existe un aclaramiento agregado para las dos proteínas. Además, sobreprodujimos, a través de plásmidos, Sec7 en sed5-1 y Sed5 en células mutantes condicionales sec7-1 y descubrimos que los defectos observados en la formación de inclusiones en cada mutante no podían suprimirse con dicha sobreproducción (Fig. 1d complementaria). Esto sugiere que Sed5 y Sec7 no están funcionando en vías redundantes paralelas para estimular la sPQC, ya que dependen de la presencia de cada uno para su función. Otra explicación sería que Sed5 y Sec7 trabajan juntos para aumentar la formación de inclusiones.

A continuación, nos preguntamos si los efectos beneficiosos de la sobreproducción de Sec7 sobre la formación de inclusiones podrían explicarse por su papel esencial en la autofagia50, ya que la autofagia contribuye a la degradación de proteínas aberrantes. Para abordar esto, probamos si el aumento en la formación de inclusiones mostrada por las células de sobreproducción Sec7 depende de la presencia del factor de autofagia esencial Atg1. La sobreexpresión de SEC7 pudo impulsar la formación de inclusiones también en el fondo atg1∆ (Figura complementaria 1e). Además, visualizamos la morfología de las vacuolas en células que sobreexpresan WT, sec7-1 y SEC7 que contienen Vph1-GFP antes y después del choque térmico. De acuerdo con datos anteriores51, el área de vacuolas en las células WT aumentó durante el choque térmico con una disminución simultánea en el número de vacuolas. Si bien el mutante condicional sec7-1 mostró un aumento en el número de vacuolas pequeñas tras el choque térmico, lo que indica defectos en la dinámica vacuolar, la cepa de sobreproducción Sec7 no se vio afectada (Fig. 1f complementaria). En conjunto, los datos indican que la acción de Sec7 en sPQC es independiente de su función en la autofagia.

Se ha demostrado previamente que la formación elevada de IPOD se asocia con un mayor movimiento de la desagregasa Hsp104 (disminución del tiempo de difusión 33;), que se une específicamente a los agregados de proteínas y es necesaria para su adecuada desagregación52,53,54. Por lo tanto, investigamos si la sobreproducción de Sec7 afectaba la difusión de Hsp104 mediante espectroscopia de correlación de fluorescencia (FCS). Descubrimos que el tiempo de difusión se redujo cuando se sobreprodujo Sec7 (Fig. 2a). Además, este efecto de Sec7 sobre el movimiento de Hsp104 requirió la presencia de cualquiera de las principales chaperonas citosólicas de Hsp70, Ssa1 y Ssa2 (Fig. 2b, c), lo cual es interesante ya que las Hsp70 son necesarias para las funciones de Hsp104 en el control de calidad de las proteínas. 56. Sec7 forma focos en vesículas recubiertas asociadas a Golgi57 y encontramos que dichos focos Sec7 y agregados asociados a Hsp104 se ubicaron transitoriamente tras un choque térmico leve33 y que esta colocalización dependía tanto de Ssa1 como de Ssa2 (Fig. 2d, e, suplementaria). Figura 2). Además, se requirió Ssa1 o Ssa2 para que la sobreproducción de Sec7 aumentara la formación de IPOD a partir de agregados más pequeños (Fig. 2f, g).

La sobreproducción de Sec7 aumenta el movimiento dinámico de Hsp104 de una manera dependiente de Hsp70. ( a ) Tiempo de difusión de Hsp104-GFP soluble en células WT sin y con sobreproducción de Sec7 (38 ° C). ( b ) Tiempo de difusión de Hsp104-GFP soluble en células ssa1Δ sin y con sobreproducción de Sec7 (38 ° C). ( c ) Tiempo de difusión de Hsp104-GFP soluble en células ssa2∆ sin y con sobreproducción de Sec7 (38 ° C). Para (a–c) La parte inferior y superior del cuadro representan el primer y tercer cuartil. El círculo muestra la media y los bigotes indican la variabilidad de los tiempos de difusión fuera de los cuartiles superior e inferior para 15 a 25 células. ( d ) Fracción de células que muestran colocalización de Hsp104-GFP con Sec7-RFP tras un choque térmico en células WT (38 ° C). Las células con una señal visible en ambos canales (verde y rojo) se calificaron para la colocalización. (e) Colocalización de Hsp104-GFP con Sec7-RFP después de 30 minutos de choque térmico en células WT. ( f ) Fracción del tipo 3 tras choque térmico continuo (38 ° C, 90 min) en células ssa1∆ que sobreexpresan SEC7 en comparación con el control del vector. ( g ) Fracción del tipo 3 tras choque térmico continuo (38 ° C, 90 min) en células ssa2Δ que sobreexpresan SEC7 en comparación con el control del vector.

Dado que Sec7 parecía limitante para la formación de inclusiones durante un choque térmico leve, a continuación investigamos si ocurría lo mismo durante el envejecimiento replicativo. Se ha demostrado que los agregados de proteínas se acumulan durante el envejecimiento replicativo de las células madre de levadura58,59 y tienen tendencia a formar múltiples agregados en lugar de inclusiones discretas en las células madre viejas60,61. Aislamos células madre viejas (un promedio de 13 cicatrices de yemas) y comparamos su contenido agregado con y sin sobreproducción de Sec7. Descubrimos, en primer lugar, que la sobreproducción de Sec7 reducía la cantidad de células madre que mostraban cualquier tipo de agregado (Fig. 3a) y, en segundo lugar, que las células viejas que albergaban agregados mostraban menos agregados cuando Sec7 se sobreproducía (Fig. 3b, c). Sin embargo, no encontramos ningún efecto de la sobreproducción de Sec7 en la vida útil de las células (Fig. 3d).

La sobreproducción de Sec7 aumenta la PQC espacial durante el envejecimiento replicativo. ( a ) Fracción de células envejecidas que muestran agregados de Hsp104-GFP en células WT sin y con sobreproducción de Sec7. ( b ) Fracción de células tipo 3 en WT sin y con sobreproducción de Sec7. ( c ) Número de agregados por célula envejecida de WT (contadas en 449 células) y cepas SEC7 OE (contadas en 544 células). (d) Vida útil replicativa de WT y SEC7 OE.

Se ha demostrado que el exón-1 de Huntingtin, el péptido poliglutamina Htt103Q, de la enfermedad de Huntington es tóxico también en células de levadura18,62,63. Dado el efecto de Sec7 sobre sPQC, probamos si la sobreproducción de Sec7 afectaba la toxicidad de Htt103Q y descubrimos que este era el caso tanto en los ensayos de crecimiento en líquido como en placa (Fig. 4a, b). El perfil de crecimiento líquido muestra que la sobreproducción de Sec7 rescata la tasa de crecimiento durante la fase exponencial de crecimiento a niveles de control de vectores a una temperatura elevada, incluso si las células de sobreexpresión de SEC7 no alcanzan el mismo rendimiento que el control de vectores cuando se monitorea el crecimiento durante 24 h ( Figura 4a). Además, las células sobreproductoras de Sec7 muestran una mayor aptitud celular en comparación con las células de tipo salvaje que contienen Htt103Q en ensayos de crecimiento en placas, especialmente a temperaturas más altas (Fig. 4b), lo que indica que la sobreproducción de Sec7 reduce notablemente la toxicidad de esta proteína de la enfermedad. Sin embargo, las células sec7-1 no son más sensibles a la expresión de Htt103Q que las células WT (Figura complementaria 3a). No observamos ningún cambio obvio en la agregación de Htt103Q en las células de sobreexpresión de SEC7 o en el mutante condicional sec7-1 en comparación con WT (Figura complementaria 3b).

Sec7 afecta la toxicidad de las proteínas de las enfermedades neurodegenerativas. ( a ) Perfil de crecimiento en medios líquidos de células WT y SEC7 OE que sobreproducen Htt103Q a través del promotor GPD (103Q) en comparación con el control del vector (pRS416) medido utilizando un lector de placas automatizado. ( b ) Aptitud de las células OE WT y SEC7 que sobreproducen Htt103Q a través del promotor GPD (Htt103Q) en comparación con el control del vector (pRS416). (c) Aptitud de las células mutantes WT y sec7-1 que sobreproducen aβ42 (pRS416-GPD-aβ42) en comparación con el control del vector (pRS416). ( d ) Aptitud de las células mutantes WT y sec7-1 en ausencia (pYX242) o presencia de α-sinucleína (WT SYN, A30P).

Probamos varias construcciones de otras dos proteínas de enfermedades humanas, aβ42 y α-sinucleína de la enfermedad de Alzheimer y Parkinson, respectivamente. En primer lugar, utilizamos variantes de las proteínas que no son tóxicas, o sólo muy modestamente, en las células de levadura17,33 y descubrimos que las células con actividad Sec7 reducida, a diferencia de las células de tipo salvaje, mostraban sensibilidad hacia ambas proteínas (Fig. 4c, d). En segundo lugar, se probaron construcciones adicionales de estas proteínas patológicas con toxicidad conocida en células de tipo salvaje en células con sobreexpresión de SEC7. La α-sinucleína y su versión de mutación puntual A53T son tóxicas cuando se expresan constitutivamente en niveles altos a través de plásmidos de 2 μ y encontramos que la sobreproducción de Sec7 no pudo mejorar la toxicidad de estas construcciones y no afectó la agregación de las proteínas modelo (Fig. 3c, d complementaria). ). De manera similar, utilizamos construcciones inducibles por GAL de aβ42 de tipo salvaje, que es moderadamente tóxico, y su versión mutante puntual altamente tóxica, G37C65. Los niveles elevados de Sec7 no pudieron mitigar la toxicidad cuando la expresión de la proteína de la enfermedad fue inducida por células en crecimiento con galactosa (Figura complementaria 3e). Probamos si la sobreexpresión de SEC7 podría mitigar cualquier toxicidad potencial que surja de aβ42 sobreexpresado constitutivamente durante el envejecimiento celular en cultivos en fase estacionaria. Sin embargo, no se observó ninguna diferencia entre las células superproductoras WT y Sec7 que contienen aβ42, en contraste con aquellas que expresan Htt103Q (Fig. complementaria 3f). Especulamos que los niveles elevados de Sec7 pueden no ser capaces de ayudar a la desintoxicación de la α-sinucleína y la β42, ya que ambas proteínas de la enfermedad interactúan con la vía secretora e impiden esta vía64,65, que es la vía que se espera que Sec7 impulse cuando se produce en exceso. A diferencia de estas proteínas patológicas, es posible que la Huntingtina mutante no inhiba la secreción de esa manera, lo que permite que la sobreproducción de Sec7 actúe en la vía y proporcione resistencia contra esta proteína.

En conclusión, datos recientes han destacado el papel del tráfico del RE al Golgi en la dirección de proteínas mal plegadas a la superficie de vacuolas y mitocondrias y que las vesículas de la vía de tráfico pueden servir como plataformas en las que las proteínas mal plegadas y agregadas pueden hacer autostop hacia sitios de deposición específicos29,33 ,66 incluidos los IPOD. Tal depósito de agregados en la superficie de las mitocondrias acelera su eliminación de la célula y este depósito también depende de proteínas que se sabe que establecen sitios de contacto entre las vacuolas y las mitocondrias33. Además, se sabe que las deficiencias en la endocitosis y el tráfico de vesículas en general hacen que las células sean más sensibles a las proteínas dañadas, incluidas las proteínas de enfermedades neurológicas12,19. En este documento, demostramos que Sec7, un factor de intercambio de guanina-nucleótido necesario para la maduración y proliferación del Golgi, así como para el transporte intra-Golgi, es un factor clave para dirigir proteínas mal plegadas al sitio de deposición de IPOD. Además, Sec7 parece ser un factor limitante en dicha sPQC, ya que la elevación ectópica de los niveles de la proteína no solo aumenta la formación de IPOD sino que también mitiga la toxicidad del exón-1 de Huntingtin durante el estrés por calor. Queda por investigar si las funciones relacionadas con Sec7 Golgi son mecánicamente responsables de los efectos observados sobre sPQC o si Sec7 puede actuar sobre sPQC a través de otras vías. Por lo tanto, Sec7 y los factores asociados involucrados en el mantenimiento de Golgi podrían ser objetivos interesantes para la intervención terapéutica de las proteopatías relacionadas con la edad.

Como se describió anteriormente33, las cepas con HSP104-GFP-LEU2 en el fondo S228C SGA (matriz genética sintética) se usaron en la pantalla de formación de cuerpos de inclusión, así como en ensayos agregados manuales y provienen de un cruce realizado de acuerdo con la tecnología SGA67 entre Y7092 SGA cepa de consulta con HSP104-GFP-LEU2 y la biblioteca de levadura de genes esenciales versión 5 a menos que se indique que se utilizó el fondo BY4741. La sobreexpresión de SEC7 en BY4741 se generó utilizando pYM-N1568. ATG1 se eliminó usando pFA6-hphNT168. La región C-terminal de Vph1-GFP-HIS3 se amplificó a partir del ADN genómico de la cepa de recolección de GFP69 mediante PCR y se integró en el genoma de OE WT, sec7-1 y SEC7. La información detallada sobre cepas y plásmidos se incluye en la tabla complementaria S3.

Las células de levadura se cultivaron en medios de abandono sintéticos suplementados con glucosa al 2% y los antibióticos correspondientes o en YPD. Las células se cultivaron a 30 °C excepto las cepas sensibles a la temperatura, que se mantuvieron a 22 °C.

Se realizó una evaluación SGA de todo el genoma como se describió anteriormente67, utilizando un robot de manipulación de colonias BM3-BC (S&P Robotics Inc.).

Las células de la colección de mutantes sensibles a la temperatura versión 5 (Boone lab, Toronto, Canadá) se cruzaron con la cepa de consulta Y7092 que contiene HSP104-GFP-LEU2. La nueva matriz se cultivó en medios completos sintéticos hasta una DO600 ̴ 0,5 a 22 °C y posteriormente se cambió a 38 °C en un baño de agua. Las células se recolectaron y se tomaron imágenes en vivo en los puntos de tiempo 110 y 330 min de choque térmico utilizando el sistema ImageXpress Micro XLS (Molecular Devices) con un objetivo de 100 × (CFI L Plan EPI cc 0 mm a 0,7 mm) y filtro GFP (excitación 472/ 30 nm, emisión 520/35 nm, espejo dicroico 495 nm). Las imágenes se analizaron para determinar el número de celdas y el número de agregados utilizando un algoritmo creado con el software MetaXpress (versión 6.54.532, Molecular Devices), que segmenta las imágenes y mantiene máscaras de formas para excluir áreas fuera de las celdas al determinar el número de agregados. Los mutantes se consideraron afectados cuando las células contenían un promedio de 3 o más agregados de Hsp104-GFP por célula (fenotipo tipo 3) después de 110 minutos de agresión térmica. Los aciertos se analizaron en busca de enriquecimientos funcionales (SAFE44) utilizando la herramienta del navegador TheCellMap.org 70 cargando la lista de genes de aciertos y estableciendo el límite de importancia en 5e-2. Los mutantes con falla prolongada en sPQC se identificaron determinando el porcentaje de agregados por célula detectables después de 330 minutos de choque térmico en comparación con el punto de tiempo inicial de 110 minutos.

Las células se cultivaron en medios respectivos suplementados con glucosa al 2% a temperatura permisiva (30 °C/22 °C) hasta la fase exponencial media (OD600 ̴ 0,5). La agregación de proteínas se indujo cambiando las células a 38 °C durante 90 min. Las células se fijaron en formaldehído con una concentración final del 3,7% y se lavaron con PBS. Las imágenes de pila Z se adquirieron utilizando un microscopio de fluorescencia convencional, un microscopio invertido Zeiss Axio Observer .Z1 equipado con una cámara Axiocam 506 y un objetivo Plan-Apochroma 100x/1,40 NA Oil DIC M27. Las imágenes se cuantificaron contando manualmente la fracción de células tipo 3 (que contienen tres agregados o más) en el software ImageJ. Se tomaron imágenes de las células que contienen Vph1-GFP y de aquellas que expresan plásmidos de proteínas patológicas directamente sin fijación con formaldehído.

Todos los datos de las figuras se basan en el promedio de al menos tres experimentos individuales, las barras de error representan SD. Se probó la significancia de los datos mediante una prueba t de dos colas no pareada, con valores de p < 0,05 considerados significativos, representados como * < 0,05, ** < 0,005, *** < 0,0005.

El ensayo de eliminación de agregados se realizó como se describió anteriormente33.

El tratamiento se realizó como se describió anteriormente33.

La espectroscopia de correlación de fluorescencia (FCS) se realizó como se describió anteriormente33. En resumen, las mediciones se realizaron en una unidad ConfoCor2 FCS conectada a un microscopio confocal invertido LSM 880 (Zeiss) equipado con un objetivo C-Apocromático 40x/1,20 W Corr. Para encontrar la posición de medición en el citoplasma de cada célula, se tomaron imágenes simultáneamente de GFP (excitada a 488 nm, emisión detectada a 500–530 nm) y el canal de transmisión utilizando un orificio abierto. Las mediciones se realizaron durante 10 × 8 s con excitación a 488 nm y detección a 500–550 nm, orificio de 1 AU. Las células se cultivaron hasta la mitad de la fase exponencial (DO600 ~ 0,5), se sometieron a choque térmico durante 20 minutos a 38 °C y se unieron a placas de cultivo con fondo de vidrio tratadas con ConA mientras la cámara de incubación estaba a 38 °C. Se analizaron entre 15 y 25 células en cada condición. La potencia del láser de 488 nm se ajustó a una transmisión AOTF del 0,005%. El ajuste de las curvas de autocorrelación FCS se realizó mediante un ajuste de difusión libre de un solo componente en el software ConfoCor2.

Las células con los reporteros indicados se cultivaron en medios respectivos suplementados con glucosa al 2% a temperatura permisiva (30 °C/22 °C) hasta la fase exponencial media (OD600 ~ 0,5). Luego se indujo la agregación de proteínas a 38 °C. La colocalización se investigó durante o después del choque térmico en los momentos representados.

El análisis replicativo de la vida útil se realizó como se describió anteriormente71. En resumen, se sembraron células de fase logarítmica temprana y se dispusieron células vírgenes de acuerdo con una cuadrícula en placas YPD utilizando el micromanipulador MSM400 (Singer Instruments). Estas células fueron las nuevas células madre designadas cuyas células hijas se eliminaron y puntuaron continuamente. Las placas se incubaron a 30 °C y las células se diseccionaron a temperatura ambiente hasta que dejaron de dividirse. Las placas se mantuvieron durante la noche a 4ºC. Cada análisis se realizó de forma independiente dos veces.

Las cepas con los plásmidos indicados se cultivaron en medios respectivos suplementados con glucosa al 2% a temperatura permisiva (30 °C/22 °C) hasta la fase exponencial media (OD600 ~ 0,5). Las DO del cultivo se ajustaron a 0,5 y se realizaron diluciones en serie con un factor de 10 en placas multipocillo. Las suspensiones celulares se colocaron en las respectivas placas de medios eliminados y se incubaron a las temperaturas indicadas durante 2 días, excepto cuando se indique lo contrario.

Las cepas con los plásmidos indicados se cultivaron en medio de eliminación de -Ura suplementado con glucosa al 2% a una temperatura permisiva (30 °C/22 °C) durante la noche y se reduyeron en 15 ml de medio nuevo a OD600 = 0,1. Los cultivos se mantuvieron a 30 °C para su crecimiento hasta la fase estacionaria. Después de 3 días y 10 días de crecimiento, se tomaron muestras de 150 µl de los cultivos, se diluyeron en serie en un factor de 10 y se colocaron en las respectivas placas de medio de eliminación. Las placas se incubaron a 30 °C durante 2 días y se tomaron imágenes.

Las células se cultivaron a una temperatura permisiva, 22 °C hasta alcanzar la fase logarítmica. Se volvieron a diluir a una DO600 = 0,01 y se dispusieron como 2 o 3 réplicas técnicas (las barras de error son DE) en placas de 24 pocillos. La placa se incubó a 37 °C en el lector de placas BioTek Synergy 2 durante 24 h con agitación rápida mientras se tomaban medidas de la OD600 cada 15 min.

Las células viejas se aislaron utilizando el método de magnetabinción de biotina-estreptavidina29,72,73. Las células marcadas con biotina se aislaron después de crecer durante la noche hasta que OD600 <1. La edad replicativa promedio de las células se determinó contando manualmente las cicatrices de las yemas después de fijar las células en formaldehído al 3,7% (concentración final) y teñirlas con conjugado Alexa Fluor 555 de aglutinina de germen de trigo (10 concentración final mg/ml, Life Technologies).

Todos los datos generados o analizados durante este estudio están contenidos en este artículo y sus archivos de datos complementarios. Las solicitudes de cepas y materiales deben dirigirse al autor correspondiente.

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Agradecemos a Joris Winderickx, Tiago Outeiro, Per Widlund, Dina Petranovic, Srishti Chawla y Charles Boone por compartir amablemente cepas de levadura y plásmidos. Agradecemos al Centro de Imágenes Celulares de la Universidad de Gotemburgo y a la Infraestructura Nacional de Microscopía, NMI (VR-RFI 2019-00022, NMI00246) por su ayuda con FCS. Este trabajo fue apoyado por subvenciones del Consejo Sueco de Investigación Natural (VR) y la Fundación Knut y Alice Wallenberg (KAW; Grant and Wallenberg Scholar) a TN, de la Fundación de Investigación Alemana (DFG) a AF y del Fondo Sueco contra el Cáncer ( Cancerfonden) [CAN 2017/643 y 19 0069] y el Consejo Sueco de Investigaciones Naturales (Vetenskapsrådet) [VR 2015-04984 y VR 2019-03604] a BL.

Financiamiento de acceso abierto proporcionado por la Universidad de Gotemburgo.

Estos autores contribuyeron igualmente: Roja Babazadeh y Kara L. Schneider.

Instituto de Biomedicina, Academia Sahlgrenska, Centro para el Envejecimiento y la Salud – AgeCap, Universidad de Gotemburgo, 405 30, Gotemburgo, Suecia

Roja Babazadeh, Kara L. Schneider, Arthur Fischbach, Xinxin Hao y Thomas Nystrom

Departamento de Química y Biología Molecular, Universidad de Gotemburgo, Medicinaregatan 9 C, 413 90, Gotemburgo, Suecia

Beidong Liu

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RB, KLS, AF, XH, BL y TN diseñaron los experimentos. RB, KLS, AF, XH y BL realizaron experimentos. RB, KLS, AF y TN analizaron los experimentos. TN y KLS escribieron el manuscrito con aportaciones de todos los autores.

Correspondencia a Thomas Nystrom.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Babazadeh, R., Schneider, KL, Fischbach, A. et al. El factor de intercambio de nucleótidos de guanina de levadura Sec7 es un cuello de botella en el control de calidad espacial de las proteínas y desintoxica las proteínas de las enfermedades neurológicas. Representante científico 13, 14068 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-41188-0

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Recibido: 30 de enero de 2023

Aceptado: 23 de agosto de 2023

Publicado: 28 de agosto de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-41188-0

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