6.3: Дрожжевные сигналы

Обзор

Дрожжи - одноклеточные организмы, но в отличие от бактерий, это клетки-эукариоты, которые имеют ядро. Сигнализация клеток в дрожжах похожа на сигнализацию в других эукариотических клетках. Лиганд, такой как белок или небольшая молекула за пределами дрожжевой клетки, прикрепляется к рецептору на поверхности клетки. Связывание стимулирует киназа второго мессенджера (ферменты, которые фосфорилируют конкретные субстраты) для активации или инактивации транскрипционных факторов, регулирующих экспрессию генов. Многие из дрожжевой внутриклеточной сигнализации имеют аналоги в Homo sapiens, что делает дрожжи удобной моделью для изучения внутриклеточной сигнализации у людей.

Сигнальные каскады управляют размножением дрожжей

Дрожжи являются членами царства грибов. Они используют сигнализацию для различных функций, особенно для воспроизведения. Дрожжи могут осуществлять "половое" размножение с помощью брачных феромонов, которые являются пептидами - короткими цепями аминокислот. Дрожжевые колонии состоят как из диплоидных, так и из гаплоидных клеток. Оба типа клеток могут подвергаться митозу, но только. диплоидные клетки могут подвергаться мейозу. Когда диплоидные клетки проходят мейоз, четыре результирующие гаплоидные клетки, называемые спорами, не идентичны. В самом деле, разделение одной диплоидной клетки на четыре споры создает два "пола" дрожжевых клеток, каждая из двух клеток типа MAT-a и MAT-альфа.

MAT-клетки выделяет брачные сигналы, называемые феромонами, которые привлекают клетки MAT-альфа, и наоборот. Спаривающиеся феромоны связываются с G-белка соединенных рецепторов на клеточных мембранах. При связывании G-белок инициирует каскад митоген-активированного белка (MAP). В этом сигнальном каскаде член семьи белка киназы MAP специально фосфорилирует другую киназу MAP, которая фосфорилирует другую, и так далее. Киназы в конечном итоге фосфорилаттируют транскрипции факторов, которые изменяют экспрессию почти 200 генов, чтобы сделать клетку восприимчивой к спариванию. Эти изменения производят удлинение клеточной мембраны и цитоплазмы в направлении феромона. Это удлинение называется shmoo, и он продолжает следовать градиенту концентрации феромона, пока он не соединяется со своим помощником. Две дрожжевые клетки сливаются, объединяя свои хромосомы в одну диплоидную клетку.

Кворум-Сигнализация в дрожжах

Несмотря на то, что дрожжи используют много устройств сигнализации клеток, которые похожи на сигнальные механизмы, замеченные в более сложных многоклеточных организмах, дрожжи по-прежнему являются отдельными клетками, одноклеточными организмами, живущими в колониях, как и бактерии. Как бактерии, дрожжи также использует кворум-зондирования сигналов между клетками и даже между колониями. При высокой плотности клеток дрожжи начинают секретировать сигнал кворума, который агрегирует отдельные дрожжевые клетки в колонии, с подколониями, с выраженными специализированными функциями или географией. Сигналы кворума не должны состоять из сложных молекул, таких как белки. В самом деле, дрожжи могут производить аммиак, соединение с низким молекулярным весом , который служит кворум-сигналом, отделяющим дрожжевые клетки в зонах жизнеспособности и зон апоптоза (запрограммированной смерти клеток). По краям колонии, где аммиак наименее сконцентрирован, клетки размножаются. При достаточном количестве аммиака, он может препятствовать росту всей колонии, а также росту соседних колоний.

Дрожжи могут инфицировать ткани человека

Дрожжевые инфекции у людей включают молочницу (которая образует болезненные белые пятна во рту), Кандид эзофагит (который распространяется на пищевод), вагинальные дрожжевые инфекции (вызывающие вагинальные боли, зуд и жжение), кожный зуд и сыпь, включая ногтевые инфекции спортсменов (tinea pedis), и многие другие. Самая опасная форма дрожжевой инфекции возникает, когда грибок вторгается в кровоток (фунгемия). Это опасное для жизни состояние. Все грибковые инфекции распространяются, когда грибы растут и сигнализируют друг другу, как описано выше.

аналогично многоклеточным организмам, одноклеточные эукариоты, такие как дрожжи, также общаются с помощью белков-рецепторов поверхности клетки. Например, во время одной формы воспроизводства дрожжей, гаплоидная клетка, продукт мейоза, освободит факторы спаривания, сигнальные молекулы, такие как пептидные феромоны, которые соответствуют особым рецепторам на близлежащих клетках. После того, как факторы спаривания свяжутся с рецептором, регулируемым G-белком, будут инициированы более сложные внутриклеточные сигнальные пути.

В частности, активированный GTP-связывающий белок и разделённые субъединицы взаимодействуют с несколькими другими эффекторами и строительными белками чтобы, в итоге, способствовать протеин-киназному каскаду в активации, что приводит к транскрипции специфических для спаривания генов. Кроме того, эта последовательность сигнализирует дрожжевой клетке расти в направлении близлежащего партнёра, процесс, известный как шму"Когда они достигают друг друга, их ядра и ДНК сливаются, в результате чего образовался диплоидная дрожжевая клетка.