Role of chromatin modifying enzymes and histone acetylation in the regulation of the yeast metabolic cycle

Abstract

[EN] The yeast metabolic cycle (YMC) is a phenomenon that occurs in the baking yeast Saccharomyces cerevisiae. The YMC is produced at low glucose levels with a continuous feeding of the culture, and it is characterized by a cyclic expression of genes, together with cycles of oxygen consumption that repeat every 4–5 hours. These cycles feature three clearly differentiated phases, with sets of genes with characteristic functionalities expressing in each one of them. The first one is the oxidative phase, in which genes related to ribosome and amino acid synthesis are upregulated. The reductive/building phase is characterized by peaks in genes related to mitochondria and cell cycle. The oxygen consumption diminishes in this phase. In the reductive/charging phase, there is an increase in functionalities related to non-respiratory metabolism, fatty acids consumption and storage of carbohydrates. The characterization of the YMC has been performed by metabolic state studies, chromatin state studies and studies of gene expression, among others. For this study, public data of ChIPSeq of three chromatin modifying enzymes, Esa1, Gcn5 and Set1 (two acetyltransferases and one methyltransferase, respectively), were used. Data of histone modifications have also been integrated, focusing on the modifications H3K18ac and H3K9ac, because of their relevance in the regulation of gene expression. With this study, it was intended to understand the relationship between the chromatin modifying enzymes and the histone modifications H3K18ac and H3K9ac, and to study their impact on the gene expression and their importance in the YMC. To do this, ChIP-Seq data of Esa1, Gcn5 and Set were processed, and a study of the regions to which their attachment changed with time was performed, and also a multi-omics integration with histone acetylation data. These results can help to infer the possible regulation networks in which the chromatin plays an important role in the regulation of the gene expression during the YMC.

[ES] El ciclo metabólico de la levadura (YMC) es un fenómeno que ocurre en la levadura Saccharomyces cerevisiae. El YMC se produce con bajos niveles de glucosa en una alimentación continua, y se caracteriza por una expresión cíclica de genes, junto con ciclos de consumo de oxígeno que se repiten cada 4-5 horas. Estos ciclos tienen tres fases claramente diferenciadas, y en cada una de ellas se expresa un grupo de genes que caracteriza las funciones predominantes en cada fase. La primera fase es la oxidativa, en la que la se ven sobreexpresados genes relacionados con la síntesis de ribosomas y aminoácidos. La fase reductiva constructiva está caracterizada por picos de genes relacionados con las mitocondrias y el ciclo celular. El consumo de oxígeno disminuye en esta fase. En la fase reductiva de carga hay un aumento de funcionalidades relacionadas con el metabolismo no respiratorio, consumo de ácidos grasos y almacenamiento de carbohidratos. La caracterización del YMC se ha hecho a través de estudios de su estado metabólico, de la cromatina o de la expresión génica, entre otros. Para este trabajo, se utilizaron datos públicos de ChIP-Seq de los modificadores de cromatina Esa1, Gcn5 y Set1 (dos acetiltransferasas y una metiltranferasa, respectivamente). También se integran datos de modificaciones de histonas, centrándose en las modificaciones H3K18ac y H3K9ac, por ser las más relevantes en la regulación de la expresión génica. Con este trabajo, se propuso entender la relación entre los modificadores de cromatina y la modificación de las histonas H3K9 y H3K18, así como estudiar su impacto en la expresión génica y su importancia en el marco del YMC. Para ello, se procesaron los datos de ChIP-Seq de Esa1, Gcn5 y Set1, y se hizo un estudio de las regiones en las que su unión al genoma cambia a lo largo del tiempo, así como una integración multiómica con los datos de modificaciones de histonas. Estos resultados pueden ayudar a inferir las posibles redes de regulación en las que la cromatina adquiere un papel importante en la regulación de la expresión génica durante el YMC.