Transcriptional and translational regulation of major heat shock proteins and patterns of trehalose mobilization during hyperthermic recovery in repressed and derepressed Saccharomyces cerevisiae

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Abstract

Patterns of heat shock gene transcription and translation, as well as trehalose content, were investigated in both glucose (repressed) and acetate (derepressed) grown cells of Saccharomyces cerevisiae during heat shock and subsequent return of cells to 25°C. Heat-shocked cells (37°C for 30 min), grown in either glucose- or acetate-supplemented media, initially acquired high thermotolerance to a 50°C heat stress, which was progressively lost when cultures were allowed to recover at 25°C and subsequently exposed to a second heat stress. In all cases, with the notable exception of repressed cells of a relatively thermosensitive strain, inhibition of protein synthesis and coincident decrease in trehalose accumulation during the heat shock had little effect on the kinetics of loss of thermotolerance. Heat shock at 37°C elicited a marked increase in transcription and translation of genes encoding major heat shock proteins (hsps). During recovery at 25°C, both metabolic activities were suppressed followed by a gradual increase in hsp mRNA transcription to levels observed prior to heat shock. De novo translation of hsp mRNAs, however, was no longer observed during the recovery phase, although immuno-detection analyses demonstrated persistence of high levels of hsps 104, 90, 70, and 60 in cells throughout the 240-min recovery period. In addition, while heat shock induced trehalose was rapidly degraded during recovery in repressed cells, levels remained high in derepressed cells. Results therefore indicated that the progressive loss of induced thermotolerance exhibited by glucose- and acetate-grown cells was not closely correlated with levels of hsp or trehalose. It was concluded that both constitutive and de novo synthesized hsps require heat shock associated activation to confer thermotolerance and this modification is progressively reversed upon release from the heat-shocked state.

Nous avons étudié la transcription et l'expression des gènes ainsi que le contenu en tréhalose lors d'un choc thermique chez des cellules de Saccharomyces cerevisiae cultivées en présence de glucose (réprimées) ou d'acétate (déréprimées) pendant le choc thermique et lors du retour à 25°C. Les cellules soumises à un choc thermique (37°C pour 30 min), cultivées dans un milieu additionné de glucose ou d'acétate, ont développé rapidement une thermotolérance élevée lors d'un stress à 50°C mais celle-ci diminuait progressivement lorsque les cellules récupéraient à 25°C et qu'elles étaient par la suite exposées à un deuxième stress thermique. Dans tous les cas, sauf une souche particulière relativement thermosensible, l'inhibition de la synthèse protéique qui coîncidait avec une accumulation de tréhalose durant le choc thermique n'avait peu d'effet sur la cinétique de la perte de la thermotolérance. Un choc à 37°C entraïnait une diminution marquée de la transcription et de l'expression des gènes responsables des principales protéines de choc thermique (hsps). Lors du retour à 25°C, ces deux activités métaboliques cessaient et étaient suivies d'une augmentation graduelle de la transcription du hsp mRNA jusqu'au niveau observé avant le choc thermique. L'expression de novo des hsp RNA n'était cependant plus présente durant la phase de récupération même si des mesures immunologiques ont démontré que, durant la période de récupération de 240 min., les niveaux des hps 104, 90, 70 et 60 demeuraient élevés. De plus, pendant que la tréhalose induit lors du choc thermique était rapidement dégradé durant la période de récupération des cellules réprimées, il demeurait à un niveau élevé chez les cellules déréprimées. Nos résultats démontrent que la perte graduelle de la thermotolérance induite rencontrée chez les cellules cultivées en présence de glucose et d'acétate n'était pas étroitement reliée aux niveaux de hsp ou de tréhalose. Nous pouvons conclure que la synthèse constitutive et de novo des protéines hsps devait être activée par un choc thermique pour conférer une thermotolérance et que cette modification était progressivement inversée durant la période de récupération du choc thermique.

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