6.3: Sygnalizacja drożdży

Drożdże są organizmami jednokomórkowymi, ale w przeciwieństwie do bakterii są eukariontami (komórkami posiadającymi jądro). Sygnalizacja komórkowa u drożdży jest podobna do sygnalizacji w innych komórkach eukariotycznych. Ligand, taki jak białko lub mała cząsteczka uwalniana z komórki drożdży, przyłącza się do receptora na powierzchni komórki. Wiązanie stymuluje kinazy drugiego przekaźnika do aktywacji lub inaktywacji czynników transkrypcyjnych, które dodatkowo regulują ekspresję genów. Wiele kaskad sygnalizacji wewnątrzkomórkowej u drożdży ma podobne odpowiedniki u ludzi, co czyni drożdże wygodnym modelem do badania sygnalizacji wewnątrzkomórkowej u ludzi.

Sygnalizacja komórkowa i reprodukcja

Drożdże wykorzystują sygnalizację do różnych procesów komórkowych, w tym reprodukcji. Mogą ulegać rozmnażaniu "płciowemu" pomiędzy haploidalnymi typami komórek współpracujących (MAT-a i MAT-α). Komórki MAT-a wydzielają sygnały godowe zwane feromonami, które przyciągają komórki MAT-α i odwrotnie. Parujące feromony wiążą się z receptorami sprzężonymi z białkiem G na błonach komórkowych. Po związaniu białko G inicjuje kaskadę kinaz białkowych aktywowanych mitogenami (MAP). W tej kaskadzie sygnalizacyjnej członek rodziny białek kinaz MAP specyficznie fosforyluje inną kinazę MAP, która fosforyluje inną i tak dalej. Kinazy ostatecznie fosforylują czynniki transkrypcyjne, które zmieniają ekspresję prawie 200 genów, czyniąc komórkę podatną na łączenie się. Zmiany te powodują wysunięcie się komórek w kierunku feromonu. To wysunięcie nazywa się shmoo i trwa zgodnie z gradientem stężenia feromonów, aż komórka połączy się ze swoim partnerem. Następnie dwie komórki drożdży łączą się, tworząc pojedynczą komórkę diploidalną.

Quorum Sensing w komórkach drożdży

Oprócz reprodukcji komórki drożdży wykorzystują sygnalizację do Quorum Sensing, procesu powszechnie obserwowanego u bakterii, w celu monitorowania gęstości komórek i regulowania zachowania. Na przykład przy dużej gęstości komórek drożdże zaczynają wydzielać Quorum Sensing, który agreguje poszczególne komórki drożdży w kolonie. Sygnalizacja drożdży odgrywa również istotną rolę w patogenezie i infekcjach grzybiczych u ludzi.

Podobnie jak organizmy wielokomórkowe, jednokomórkowe eukarionty, takie jak drożdże, komunikują się za pomocą białek receptorowych na powierzchni komórki.

Na przykład podczas rozmnażania płciowego drożdże tworzą dwa haploidalne typy komórek zwane typami krycia a i α, z których każdy ma jeden zestaw chromosomów.

Każdy typ wydziela określone czynniki kojarzeniowe, które mogą wiązać się i aktywować receptory sprzężone z białkiem G lub GPCR na komórkach przeciwnego typu kojarzenia.

Aktywowany GPCR ulega zmianie konformacyjnej i wiąże białko G, odsłaniając jego miejsce wiązania nukleotydów, aby wywołać wymianę GDP na GTP.

Następnie białko G dysocjuje od receptora, a jego podjednostki rozdzielają się na dwie grupy.

Obie te grupy podjednostek białka G mogą indywidualnie wiązać i aktywować efektory, które wykorzystują wtórne przekaźniki, takie jak cykliczny monofosforan adenozyny, aby ostatecznie zwiększyć transkrypcję genów specyficznych dla kojarzenia.

Ponadto sygnały te powodują, że komórka drożdży rośnie w kierunku pobliskiego partnera godowego, proces znany jako shmooing.

Najpierw łączą się błony komórek haploidalnych, a następnie dochodzi do fuzji ich jąder, w wyniku czego powstaje diploidalna komórka drożdży.