petite (ρ–) es un mutante descubierto por primera vez en la levadura Saccharomyces cerevisiae . Debido al defecto en la cadena respiratoria, las levaduras 'petite' no pueden crecer en medios que contienen solo fuentes de carbono no fermentables (como glicerol o etanol) y forman pequeñas colonias cuando se cultivan en presencia de fuentes de carbono fermentables (como glucosa). El fenotipo petite puede ser causado por la ausencia de, o mutaciones en, ADN mitocondrial (denominado "petites citoplasmático"), o por mutaciones en genes codificados en el núcleo involucrados en la fosforilación oxidativa. [1] [2] Una petite neutra produce toda la progenie de tipo salvaje cuando se cruza con el tipo salvaje.
Las mutaciones petite se pueden inducir utilizando una variedad de mutágenos, incluidos agentes intercalantes de ADN , así como sustancias químicas que pueden interferir con la síntesis de ADN en células en crecimiento. [1] [2] Los mutágenos que crean petites están implicados en mayores tasas de enfermedades degenerativas y en el proceso de envejecimiento.
Una mutación que produce colonias pequeñas similares a las anaeróbicas (petite" > petite) se había mostrado por primera vez en la levadura Saccharomyces cerevisiae y fue descrita por Boris Ephrussi y sus colaboradores en 1949 en Gif-sur-Yvette, Francia. [3] Las células de las colonias petite eran más pequeñas que las de las colonias de tipo salvaje, pero el término "petite" se refiere solo al tamaño de la colonia y no al tamaño de la célula individual. [3]
Hace más de 50 años, en un laboratorio de Francia, Ephrussi et al. descubrieron un factor hereditario no mendeliano que es esencial para la respiración en la levadura Saccharomyces cerevisiae . La S. cerevisiae sin este factor, conocido como factor ρ, se caracteriza por el desarrollo de colonias pequeñas en comparación con la levadura de tipo salvaje. [4] Estas colonias más pequeñas se denominaron colonias pequeñas. Se observó que estos mutantes pequeños se producían de forma espontánea de forma natural a una tasa de 0,1%-1,0% cada generación. [4] [5] También descubrieron que el tratamiento de la S. cerevisiae de tipo salvaje con agentes intercalantes del ADN produciría esta mutación más rápidamente. [4]
En 1964, Schatz identificó una región del ADN nuclear de la levadura que estaba asociada con las mitocondrias. Más tarde, se descubrió que los mutantes sin el factor ρ no tenían ADN mitocondrial (llamados aislados ρ 0 ), o que poseían una diferencia en la densidad o cantidad del ADN mitocondrial (llamados aislados ρ − ). El uso de la microscopía electrónica para ver el ADN en la matriz mitocondrial ayudó a verificar la realidad del genoma mitocondrial. [4] [5] [6]
Desde entonces, S. cerevisiae se ha convertido en un modelo útil para el envejecimiento. Se ha demostrado que a medida que la levadura envejece, pierde ADN mitocondrial funcional, lo que conduce a la senescencia replicativa, o la incapacidad de replicarse más. [4] Se ha sugerido que existe un vínculo entre la pérdida de ADN mitocondrial y la esperanza de vida replicativa (RLS), o el número de veces que una célula puede reproducirse antes de morir, ya que se ha descubierto que un aumento en la RLS se establece con los mismos cambios en el genoma que mejoran la propagación de células que no contienen ADN mitocondrial. Las pruebas genéticas para los genes y vías asociadas a la esperanza de vida replicativa podrían hacerse más fáciles y rápidas seleccionando supresores genéticos de los mutantes petite negativos. [4]
La petite se caracteriza por una deficiencia en citocromos (a, a3 + b) y una falta de enzimas respiratorias que participan en la respiración en las mitocondrias. [7] Debido al error en la vía de la cadena respiratoria, la levadura 'petite' es incapaz de crecer en medios que contienen solo fuentes de carbono no fermentables (como glicerol o etanol) y formar pequeñas colonias cuando se cultiva en presencia de fuentes de carbono fermentables (como glucosa). [8] La ausencia de mitocondrias puede causar el fenotipo petite, o por mutaciones de deleción en el ADN mitocondrial (denominada "petites citoplasmática") que es una mutación de deleción, o por mutaciones en genes codificados nuclearmente involucrados en la fosforilación oxidativa.
Los mutantes pequeños se pueden generar en el laboratorio mediante el uso de tratamientos de alta eficiencia como acriflavina, bromuro de etidio y otros agentes intercalantes. [9] Sus mecanismos funcionan para descomponer y causar la pérdida final del ADN mitocondrial: si el tiempo de tratamiento aumenta, la cantidad de ADN mitocondrial disminuirá. Después de un tratamiento prolongado, se obtuvieron mutantes pequeños que no contenían ADN mitocondrial detectable. [7] Es un enfoque útil para ilustrar la función del ADN mitocondrial en el crecimiento de la levadura.
El patrón de herencia de los genes existentes en los orgánulos celulares, como las mitocondrias, denominado herencia citoplasmática, difiere del patrón de los genes nucleares.
Los mutantes petite muestran herencia extranuclear. El patrón de herencia varía según el tipo de petite involucrado.
Pequeñas segregaciones (pet–): los mutantes se crean por mutaciones nucleares y exhiben una segregación mendeliana 1:1. [9]
Pequeñas neutras (rho–N): cuando se cruzan con una especie de tipo salvaje, todas las crías son de tipo salvaje. Ha heredado ADN mitocondrial normal del progenitor de tipo salvaje, que se replica en la descendencia. [3]
Petites supresores (rho–S): cruces entre petite y tipo salvaje, todas las crías son petite, mostrando un comportamiento "dominante" para suprimir la función mitocondrial del tipo salvaje. [3]
La mayoría de los mutantes pequeños de S. cerevisiae son de tipo supresor y se diferencian de los mutantes pequeños neutros en que afectan al tipo salvaje, aunque ambos son una mutación en el ADN mitocondrial. El genoma mitocondrial de la levadura será el primer genoma eucariota que se comprenderá tanto en términos de estructura como de función y esto debería allanar el camino para comprender la evolución de los genomas de orgánulos y su relación con los genomas nucleares. Es evidente que el trabajo de Ephrussi no solo abrió el campo de la genética extracromosómica, sino que también proporcionó un incentivo fantástico para las investigaciones que siguieron hasta el día de hoy. [3]
Aunque S. cerevisiae ha sido ampliamente estudiada en esta y otras áreas, es difícil decir si los mecanismos moleculares de este proceso en el ADN mitocondrial se conservan en otras especies de levaduras. Se ha demostrado que otras especies de levaduras, como Kluyveromyces lactis, Saccharomyces castellii y Candida albicans , producen mutantes pequeños negativos. Potencialmente, estas levaduras tienen un sistema de herencia diferente para su genoma mitocondrial que el de S. cerevisiae . [4] [5]
La frecuencia con la que S. castellii produce petites espontáneamente es similar a la de S. cerevisiae , y el ADN mitocondrial de esas petites está muy alterado mediante deleción y reordenamiento. Las petites supresoras de S. cerevisiae son los mutantes creados espontáneamente más comúnmente observados, mientras que en S. castellii, el mutante espontáneo más comúnmente observado es la petite neutral, lo que lleva a especular que la transferencia de esta mutación difiere entre especies. [1] [4] [5]