The role of cell signalling during yeast chronological lifespan

Abstract

O envelhecimento é um fenómeno biológico complexo que no sentido mais lato pode ser definido como uma perda estocástica de funcionalidade dos organismos vivos ao longo do tempo. O envelhecimento pode ser modulado por mecanismos celulares autónomos que englobam uma rede de sinalização celular diversa e interconectada, coordenada por reguladores de longevidade conservados ao longo da evolução e vias de sinalização de nutrientes, dentro de uma célula individual. A perda de homeostasia e sinalização de nutrientes desregulada são eventos-chave do processo de envelhecimento. Sistemas de controlo de qualidade das proteínas (UPS e autofagia) ficam sobrecarregados ao longo do envelhecimento. Intervenções para contrariar a progressão do envelhecimento como a restrição calórica (CR) foram empregues no modelo de expressão de aSyn em levedura, de forma a compreender o papel da comunicação celular autónoma nos sistemas de controlo de qualidade de proteínas durante o envelhecimento. Os dados evidenciam que CR contraria a progressão do envelhecimento e a toxicidade de aSyn promovendo o UPS e mantendo a autofagia em níveis homeostáticos. Adicionalmente, um conjunto de evidências sugere que o envelhecimento só pode ser explicado também com uma dimensão de mecanismos celulares não-autónomos, mediando comunicação intercelular de várias moléculas que atuam como fatores transmissíveis entre células. Estes fatores podem ser segregados dentro de EVs de origem em vias convencionais e não-convencionais de secreção. O secretoma de levedura envelhecida foi analisado e detetadas proteínas, ácidos nucleicos e lípidos, bem como a presença de EVs (partículas semelhantes a exossomas e microvesículas). O modelo aSyn foi empregue para evidenciar que a proteína é segregada para o meio condicionado e modula a longevidade de células recetoras. aSyn está presente em EVs no meio e é capaz de entrar noutras células. A inibição de uma via de biogénese de EVs (MVBs) anula os efeitos na longevidade e bloqueia a sua entrada nas células. A inibição da endocitose sugere também que esta via é essencial para a formação de exossomas e para a sua entrada nas células recetoras. Com esta tese, pretendemos evidenciar o papel da sinalização celular na coordenação dos sistemas autónomos de controlo de qualidade de proteínas a diversidade de factores transmissíveis e a conexão das vias de sinalização e tráfego membranar por mecanismos celulares não-autónomos no processo de envelhecimento.

Ageing is a complex biological process that can be defined in the broadest sense as a stochastic, loss of function over the course of time in most living organisms. Ageing can be modulated by cell-autonomous mechanisms that comprise a diverse and interconnected network of cell signalling coordinated by evolutionary conserved master longevity regulators and nutrient sensing pathways, within the scope of a single cell. Loss of proteostasis and deregulated nutrient are hallmarks events of ageing progression. Protein quality control (UPS and autophagy) systems become overburdened with ageing. In this work, interventions to counter ageing progression such as CR were employed on the yeast aSyn expression model to understand the role of the cell-autonomous crosstalk of protein quality control systems during ageing. Our data supported that CR countered ageing progression and aSyn toxicity by upregulating the UPS and maintaining autophagy at homeostatic levels. In addition, a body of evidence suggests that the ageing phenomenon cannot be explained by cell autonomous mechanisms alone, and that another cell-nonautonomous dimension involving intercellular communication of a variety of molecular transmissible factors between different cells also has deep impacts in ageing modulation. Moreover, these transmissible factors could be released within EVs of different origins (conventional and unconventional pathways of secretion). We performed a screening study on the secretome of chronologically ageing yeast. We were able to detect proteins, nucleic acids and lipids in the secretome. We also characterised the EVs present as exosomes and microvesicles. Using aSyn as a proof-of-concept model for the cell-nonautonomous mechanisms of intercellular communication, we found that aSyn is secreted to the conditioned media and able to modulate ageing (decreasing CLS) on receptor cells. aSyn seems to be present in EVs in the secretome and to enter receptor cells. Abrogation of one EV biogenesis (MVBs) pathway annuls the CLS decreasing effects of aSyn conditioned media on receptor cells and block its uptake, suggesting the importance of exosome like vesicles in the horizontal transmission of aSyn between cells. Abrogation of endocytosis suggested that this pathway is essential for both exosome biogenesis and release, and the uptake of aSyn into receptor cells. This thesis aimed at novel insights into yeast ageing: The role of cell signalling, and exquisite protein quality control and coordination is evidenced; The diversity of transmissible factors, and the interconnectedness of various signalling networks and vesicle trafficking pathways is supported with new findings.