Identification of Hexose Transporter-Like Sensor HXS1 and Functional Hexose Transporter HXT1 in the Methylotrophic Yeast Hansenula polymorpha

Abstract

We identified in the methylotrophic yeast Hansenula polymorpha (syn. Pichia angusta) a novel hexose transporter homologue gene, HXS1 (hexose sensor), involved in transcriptional regulation in response to hexoses, and a regular hexose carrier gene, HXT1 (hexose transporter). The Hxs1 protein exhibits the highest degree of primary sequence similarity to the Saccharomyces cerevisiae transporter-like glucose sensors, Snf3 and Rgt2. When heterologously overexpressed in an S. cerevisiae hexose transporter-less mutant, Hxt1, but not Hxs1, restores growth on glucose or fructose, suggesting that Hxs1 is nonfunctional as a carrier. In its native host, HXS1 is expressed at moderately low level and is required for glucose induction of the H. polymorpha functional low-affinity glucose transporter Hxt1. Similarly to other yeast sensors, one conserved amino acid substitution in the Hxs1 sequence (R203K) converts the protein into a constitutively signaling form and the C-terminal region of Hxs1 is essential for its function in hexose sensing. Hxs1 is not required for glucose repression or catabolite inactivation that involves autophagic degradation of peroxisomes. However, HXS1 deficiency leads to significantly impaired transient transcriptional repression in response to fructose, probably due to the stronger defect in transport of this hexose in the hxs1⌬ deletion strain. Our combined results suggest that in the Crabtree-negative yeast H. polymorpha, the single transporter-like sensor Hxs1 mediates signaling in the hexose induction pathway, whereas the rate of hexose uptake affects the strength of catabolite repression.As a favorite carbon substrate, glucose exerts numerous strong and well-coordinated effects on the physiological state of yeast cells. They include gene-specific regulation of transcription and mRNA stability as well as regulation at the posttranslational level: e.g., catabolite inactivation of certain glucoserepressible enzymes (3,13,19). Signaling pathways involved in different glucose effects have been studied mostly in the model yeast Saccharomyces cerevisiae. A number of participating components have been identified, and some have been shown to have conserved functions in other yeast species (for review, see references 12, 36, and 41). Nevertheless, knowledge of glucose-triggered regulatory pathways for Crabtree-negative yeasts (which contrary to S. cerevisiae, are unable to produce ethanol aerobically in the presence of high external glucose concentrations) (11) that primarily rely on respiratory metabolism still remains very limited. In particular, the first stages, how glucose is sensed, and the molecular triggers involved in different pathways are the least understood aspects of these yeast species.Two nontransporting glucose carrier homologues, Snf3 and Rgt2, have been shown to function as glucose sensors in S. cerevisiae in a pathway of transcriptional induction. They differentially regulate expression of the functional hexose transporters in response to extracellular glucose concentration (32). This ...

Asymmetric Signal Transduction through Paralogs That Comprise a Genetic Switch for Sugar Sensing in Saccharomyces cerevisiae

“…Nutrient detection through transporter-like sensors is an ancient, unique mechanism by which yeast cells monitor their environment (21,44,45). The glucose sensor-dependent regulation of Mth1 level enables yeast cells to respond quickly to glucose over a wide range of concentrations.…”

Expression of genes of putative hexose transporters in the yeast Hansenula polymorpha are differentially regulated by glucose sensors Hxs1 and Gcr1

“…У даній роботі використовували штами H. polymorpha NCYC495 (прототроф) надалі WT (дикий тип), Δgcr1met6 надалі Δgcr1 (з делецією гена, який кодує по-тенційний сенсор глюкози НрGcr1) [19], Δhxs1 (прототроф, з делецією гена, який кодує низькоафінний сенсор глюкози НрHxs1) [20] і подвійний делеційний мутант Δgcr1Δhxs1. Дріжджі вирощували за 37 о С у живильному середовищі YPD (1% дріж-джовий екстракт, 2% бактопептон, 1% глюкоза), YPS (1% дріжджовий екстракт, 2% бактопептон, 1% сахароза), YPЕ (1% дріжджовий екстракт, 2% бактопептон, 1% етанол), мінеральному середовищі YNB (0,67% Yeast Nitrogen Base (Difco)), або мінеральному середовищі (аналог YNB -середовище Белькгольдера) такого складу, у г/л: KH 2 PO 4 -1; (NH 4 ) 2 SO 4 -3,5; MgSO 4 ×7H 2 O -0,5; CaCl 2 -0,1; дрiжджовий екстракт "Difco" -0,5.…”

“…РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ З метою встановлення функціональної ролі двох транспортероподібних сен-сорів глюкози H. polymorpha було проведено аналіз експресії генів, можливих мі-шеней НрGcr1 та НрHxs1опосередкованої регуляції, які кодують гомологи тран-спортерів гексоз -НрHxt1 [20], НрHxt2 (contig 16, orf 323), НрHxt3 (contig 24, orf 467), потенційний транспортер фруктози -НрFRT1 (contig 42, orf 249).…”

“…biomax.de/rheinbiotech/) нами було ідентифіковано гени потенційних транспортерів гексоз і встановлено, що ймовірний білковий продукт гена НрHXT1 (contig 06, orf 206) складається з 540 амінокислотних залишків. Подібно до НрGcr1 та НрHxs1, у НрHxt1 наявні 12 характерних для всіх описаних на сьогодні транспортерів гексоз трансмембранних доменів (ТМ) та є функціональним у гетерологічній системі S. сe-re visiae [20]. НрHxt1 виявляє найвищий ступінь гомології до функціональних транс портерів гексоз: з C. albicans СаHgt7 та СаHgt61 (58% ідентичності, 73% подібності), СаHgt63 (61% ідентичності, 76% подібності), K. lactis KlRag1 (61% ідентичності, 78% подібності), а також з S. cerevisiae, таких як ScHxt3 (59% ідентичності, 75% подібнос-ті), ScHxt6 та ScHxt7 (58% ідентичності, 73% подібності), ScHxt1 (57% ідентичності, 74% подібності) (рис.…”

Glucose Sensing Network in Candida albicans : a Sweet Spot for Fungal Morphogenesis

“…One study with S. cerevisiae implicated the Snf3/Rgt2 pathway in yeast morphogenesis: insertion of a Tn3 transposon into the ScMTH1 gene completely negated invasive growth by haploid ⌺1278b cells, in which invasive (pseudohyphal) growth is controlled by the PKA and mitogen-activated protein kinase pathways (92). Snf3/Rgt2-type sensors have also been characterized in Kluyveromyces lactis (Rag4) (9), Hansenula polymorpha (Hxs1) (89), Neurospora crassa (60), and C. albicans (Hgt4) (13), and BLAST searching readily identifies novel candidate orthologs throughout the Ascomycetes.…”