[en] In this thesis, we utilised the model organism the budding yeast Saccharomyces cerevisiae to gain fundamental knowledge on a variety of molecular mechanisms employed by the cell to respond and adapt to external stimuli. In response to increased external osmolarity, the yeast high osmolarity glycerol (HOG) MAPK pathway becomes activated to mediate changes to various cellular functions, including changes in glycerol accumulation, cell-cycle arrest, re-establishment of ion homeostasis and global reprogrammation of transcription and translation of the whole genome, in order to achieve adaptation. Upon detection of high external osmolarity, signal is transduced via two functionally redundant but mechanistically distinct branches, SLN1 and SHO1, to finally activate the effector MAPK Hog1. Although multiple interactions between osmosensors, adaptor proteins and signalling components of the SHO1 branch have been previously described, this thesis further characterises the complexity of their interaction profiles to elucidate how signal is effectively propagated and how signal fidelity is achieved. Here, we utilised the novel M-track method, which detects both short-lived and stable protein interactions, and made several interesting observations. Once the osmostress signal is transduced, activated Hog1 enters the cell nucleus and, amongst its most prominent downstream functions, modulates global gene expression changes. Within minutes of shock, global transcription rate rapidly decreases by 50 %, however the transcription machinery is reallocated to specific genes implicated in osmostress cellular protection and their transcription is strongly and rapidly induced. The cap-binding complex (CBC), consisting of mRNA-binding proteins Cbc1 and Cbc2, associates with the 5´ mRNA cap co-transcriptionally and has been described to function in various aspects of the mRNA life, including transcription. Utilising both genomic and molecular biology techniques, we describe Cbc1 as a global transcription regulator, both under stress and non-stress conditions, to mediate high and timely gene expression. In response to pheromones of the opposite mating type, the yeast pheromone MAPK pathway is activated to mediate a series of physiological changes in preparation for mating; including reprogrammation of gene expression, cell-cycle arrest, formation of a sexual projection termed ¨shmoo¨, and ultimately cell fusion of mating partners. The evolutionarily conserved and essential translation factor eIF5A has recently been described to promote translation of proteins containing three or more consecutive proline residues (polyPro) by binding to ribosomes and alleviating ribosome stalling during the formation of the Pro-Pro peptide bond. The activation of eIF5A requires the addition of a unique post-translational modification, a hypusine residue, which is derived from spermidine, an essential factor for mammalian fertility and required for yeast mating. Here we investigated eIF5A as a regulator of the pheromone response through the translation of polyPro proteins with roles in mating.

[es] En esta tesis, se utilizó como organismo modelo la levadura Saccharomyces cerevisiae para obtener conocimiento fundamental sobre una variedad de mecanismos moleculares utilizados por la célula para responder y adaptarse a los estímulos externos. En respuesta al aumento de la osmolaridad externa, la ruta de señalización MAPK High Osmolarity Glycerol (HOG) se activa para mediar cambios en diversas funciones celulares, incluyendo la reprogramación global de la transcripción y traducción, con el fin último de lograr la adaptación. Tras la detección de alta osmolaridad externa, la señal se transduce a través de dos ramas funcionalmente redundantes pero mecanísticamente distintas, SLN1 y SHO1, para finalmente activar el efector MAPK Hog1. Aunque múltiples interacciones entre sensores, proteínas adaptadoras y los componentes de señalización de la rama SHO1 se han descrito anteriormente, esta tesis caracteriza aún más la complejidad de los perfiles de las interacciones para dilucidar cómo se propaga la señal con eficacia y cómo se logra la fidelidad de la señal. En este sentido, hemos utilizado el nuevo método M-track que detecta tanto las interacciones entre proteínas de corta duración como las estables y hemos realizado varias observaciones interesantes. Una vez que se transduce la señal de respuesta a estrés, Hog1 activado entra en el núcleo de la célula y, entre sus más destacados funciones aguas abajo, modula los cambios de expresión génica global. El complejo de unión a la caperuza CBC (por cap-binding complex), que está formado por las proteínas de unión a RNA Cbc1 y Cbc2, se asocia con la caperuza en 5' del mensajero co-transcripcionalmente y se ha descrito su función en diversos aspectos de la vida de mensajero, incluyendo la transcripción. Utilizando técnicas de biología molecular y genómica, describimos Cbc1 como regulador de la transcripción global, tanto en condiciones de estrés y no estrés, para mediar la expresión génica de manera que se consigan niveles altos de una forma rápida. En respuesta a feromonas del tipo sexual contrario, la ruta de MAPK de feromonas de células de levadura haploides se activa para mediar una serie de cambios fisiológicos en preparación para el apareamiento, que incluyen la reprogramación de la expresión génica, la parada del ciclo celular, la formación de una proyección sexual denomina ¨shmoo¨, y en última instancia la fusión celular de los tipos de células de apareamiento contrario. El factor de traducción eIF5A, esencial y conservado evolutivamente, se ha descrito recientemente que funciona en la traducción de proteínas que contienen tres o más residuos de prolina consecutivos (polyPro), a través de su unión a ribosomas para aliviar el estancamiento del ribosoma durante la formación del enlace péptidico entre prolinas. La activación de eIF5A requiere una modificación post-traduccional única, la hipusinación, donde el residuo de hipusina se deriva de la espermidina, un factor esencial para la fertilidad de los mamíferos y que se requiere para el apareamiento de la levadura. Aquí se investigó eIF5A como regulador de la respuesta a feromonas a través de la traducción de proteínas polyPro con funciones en el apareamiento.