Efeito Crabtree em Saccharomyces cerevisiae e sua modulação por nanopartículas de dióxido de titânio

Abstract

O efeito Crabtree ou repressão do metabolismo respiratório pela glicose, detetado em diversas espécies de levedura, assemelha-se à glicólise aeróbia de células tumorais. Este estudo procurou confirmar a ocorrência dessa alteração metabólica em Saccharomyces cerevisiae UE-ME3, bem como testar a capacidade de nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2-NP), com diferente diâmetro molecular, para modular esse fenómeno. Os resultados obtidos, confirmam que a estirpe UE-ME3 é uma levedura Crabtree positiva, uma vez que a adição de glicose a células respiratórias provocou um aumento da taxa específica de crescimento e viabilidade celular, bem como alterações de atividades enzimáticas que evidenciam bloqueio catabólico do ciclo do citrato e da cadeia respiratória, acompanhado pela atenuação da resposta antioxidante mediada pelo tripéptido glutationo e atividades enzimáticas dependentes do glutationo. A exposição de S. cerevisiae a TiO2-NP com diâmetro molecular inferior a 100 nm, em choque térmico 28/40 ºC, durante 200 min evitou a transição do metabolismo respiratório para respiratório-fermentativo, pela adição de glicose, evidenciado pela manutenção da taxa específica de crescimento, atividades enzimáticas ALP e ADH e níveis intracelulares de MDA, próximos dos detetados em células respiratórias, assim como, pelo decréscimo da viabilidade celular, das actividades HXK, PDC, G6PD e SOD1, aumento das atividades SDH, MDH2, NDE1 e conteúdo em ROS, marcadores do metabolismo respiratório ativo. A adição de nanopartículas de dióxido de titânio, com diâmetro molecular inferior a 25 nm, a S. cerevisiae, mantidas 100 min em condições Crabtree, despoletou a reversão parcial do efeito, ocorrendo decréscimo das atividades PDC e ADH, aumento das atividades CS, SDH e de níveis intracelulares de GSH, GSSG e MDA; Abstract: Crabtree effect in Saccharomyces cerevisiae and its modulation by titanium dioxide nanoparticles The Crabtree effect or catabolic repression of respiratory metabolism by glucose, detected in several yeast species is similar to the aerobic glycolysis of tumor cells. This study sought to confirm the occurrence of this metabolic change in Saccharomyces cerevisiae UE-ME3, as well as test the ability of titanium dioxide nanoparticles (TiO2- NP), with different molecular diameter, to modulate this phenomenon. The results confirm that the UE-ME3 strain is a Crabtree-positive yeast, since the addition of glucose to respiratory cells caused an increase of specific growth rate and cell viability as well as changes in enzyme activities that demonstrate a catabolic blockage of citrate cycle and respiratory chain, followed by a slowdown in the antioxidant response mediated by tripeptide glutathione and enzyme activities glutathione-dependent. The exposure of S. cerevisiae to TiO2-NP with a molecular diameter less than 100 nm in heat shock conditions 28/40 ° C, for 200 min has avoided the transition from respiratory to respiratory-fermentative metabolism, by the addition of glucose, as evidenced by maintenance of specific growth rate, ALP and ADH enzyme activities and MDA cell levels near of detected in respiratory cells, as well as by a decrease of cell viability, HXK, PDC, G6PD and SOD1 enzyme activities and an increase of SDH, MDH2, NDE1 enzyme activities and ROS content, markers of active respiratory metabolism. The addition of titanium dioxide nanoparticles with a molecular diameter less than 25 nm to S. cerevisiae, maintained at 100 min in Crabtree conditions, triggered a partial reversion of this effect, occurring a decrease PDC and ADH activities, an increase in CS SDH activities and cell levels of GSH, GSSG, and MDA.