La ricerca si prefigge di determinare il ruolo di fattori di regolazione in risposta ai segnali ambientali, quali ipossia, ipercapnia, luce/buio, nel metabolismo e nella fisiologia cellulare del lievito e di valutare la funzione di geni metabolici strutturali specifici. Gli esperimenti saranno svolti nel lievito biotecnologico Kluyveromyces lactis, utilizzando il lievito modello Saccharomyces cerevisiae come organismo di riferimento. In particolare verranno studiati i ruoli dell¿Anidrasi carbonica, della Acetil-CoA carbossilasi e della Piruvato carbossilasi, enzimi chiave nel metabolismo della CO2, in relazione al metabolismo centrale del carbonio, della biosintesi dei lipidi e del metabolismo dei ROS. Per quanto riguarda i geni regolatori, lo studio sarà orientato sul regolatore ipossico KlMGA2, anche implicato nella risposta ad altri tipi di stress ambientali e nel mantenimento della fitness cellulare. Il coinvolgimento di KlMga2 nella risposta alla luce e all¿ipossia e i suoi effetti nella biosintesi dei lipidi, nel metabolismo dei ROS e nella risposta allo stress in generale saranno approfonditi.
La maggior parte degli studi sui lieviti sono portati avanti sul lievito fermentativo Crabtree-positivo S. cerevisiae. Questo organismo, oltre ad essere fisiologicamente portato ad un metabolismo prettamente fermentativo, ha subito un fenomeno evolutivo chiamato Whole Genome Duplication (WGD) che ha portato alla duplicazioni di estese parti del genoma. WGD e predisposizione fermentativa possono essere eventualmente correlate. Queste caratteristiche portano S. cerevisiae ad essere un buon modello per le cellule tumorali. Altri lieviti, che non hanno subito il WGD e sono fisiologicamente equilibrati tra respirazione e fermentazione a seconda della disponibilità dell'ossigeno, possono invece essere considerati modelli per le cellule sane di mammifero. Tra questi lieviti, troviamo K. lactis: un organismo a genoma unico, il cui metabolismo respiro-fermentativo dipende dalla disponibilità dell'ossigeno e non dalla quantità di glucosio. Il progetto si posiziona nell'ottica di far avanzare le ricerche e le conoscenze in questo organismo. Oltre agli studi sulla regolazione ipossica (pubblicazioni 1 e 2 del consuntivo scientifico), sono stati portati avanti anche studi di risposta alla luce (pubblicazione 3 del consuntivo e pubblicazione 2 della lista del proponente), studi che rivestono un particolare interesse e innovazione in quanto il lievito non possiede proteine riconosciute come sensori della luce o comunque foto-ricettive. Composizione e funzionalità delle membrane e metabolismo dei ROS sembrerebbero rivestire uno ruolo importante in questo ambito. Il progetto si propone di valutare la risposta ad un altro fattore ambientale di interesse: l'anidride carbonica, tramite lo studio dei geni codificanti per enzimi carbossilanti, e di iniziare lo studio di complessi enzimatici evolutivamente conservati, quali il COP9 signalosoma, in questo organismo più vicino ai mammiferi del modello S. cerevisiae.