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6.3: 효모 신호
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Biology

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Yeast Signaling
 
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6.3: Yeast Signaling

6.3: 효모 신호

Overview

Yeasts are single-celled organisms, but unlike bacteria, they are eukaryotes—cells that have a nucleus. Cell signaling in yeast is similar to signaling in other eukaryotic cells. A ligand, such as a protein or a small molecule outside the yeast cell, attaches to a receptor on the cell surface. The binding stimulates second-messenger kinases (enzymes that phosphorylate specific substrates) to activate or inactivate transcription factors that regulate gene expression. Many of the yeast intracellular signaling cascades have similar counterparts in Homo sapiens, making yeast a convenient model for studying intracellular signaling in humans.

Signaling Cascades Drive Yeast Reproduction

Yeasts are members of the fungus kingdom. They use signaling for various functions, especially for reproduction. Yeasts can undergo “sexual” reproduction using mating pheromones, which are peptides—short chains of amino acids. Yeast colonies consist of both diploid and haploid cells. Both types of cells can undergo mitosis, but only diploid cells can undergo meiosis. When diploid cells undergo meiosis, the four resulting haploid cells, called spores, are not identical. In fact, the division of one diploid cell into four spores creates two “sexes” of yeast cells, each two cells of the type MAT-a and MAT-alpha.

MAT-a cells secrete mating signals called pheromones that attract the MAT-alpha cells, and vice versa. The mating pheromones bind to G-protein coupled receptors on the cell membranes. Upon binding, the G-protein initiates a mitogen-activated protein (MAP) kinase cascade. In this signaling cascade, a member of the MAP kinase protein family specifically phosphorylates another MAP kinase, which phosphorylates another, and so on. The kinases eventually phosphorylate transcription factors that alter the expression of nearly 200 genes to make the cell receptive to mating. These changes produce an elongation of the cell membrane and cytoplasm in the direction of the pheromone. This elongation is called a shmoo, and it continues following the pheromone concentration gradient until it connects with its mate. The two yeast cells merge, combining their chromosomes into a single diploid cell.

Quorum Signaling in Yeast

Even though yeast uses many cell signaling devices that are similar to the signaling mechanisms seen in more complex multicellular organisms, yeast is still individual cells, single-celled organisms, living in colonies, similar to bacteria. Like bacteria, yeast also uses quorum sensing signals between cells and even between colonies. At high cell density, yeast begins to secrete a quorum signal that aggregates individual yeast cells into colonies, with subcolonies expressing specialized functions or geographies. Quorum signals do not have to consist of complex molecules such as proteins. In fact, yeast can produce ammonia, a low-molecular-weight compound, which serves as a quorum signal that separates yeast cells into zones of viability and zones of apoptosis (programmed cell death). At the edges of a colony, where ammonia is least concentrated, cells proliferate. If enough ammonia is produced, it can inhibit the growth of the whole colony as well as the growth of neighboring colonies.

Yeast Can Infect Human Tissues

Yeast infections in humans include thrush (which forms painful white patches in the mouth), Candida esophagitis (thrush that spreads to the esophagus), vaginal yeast infections (causing vaginal pain, itching, and burning), skin itching and rashes including athletes’ foot (tinea pedis), and many others. The most dangerous form of yeast infection occurs when the fungus invades the bloodstream (fungemia). This is a life-threatening condition. All fungal infections spread when the fungi grow and signal to each other as described above.

개요

효모는 단세포 유기체이지만 박테리아와는 달리 핵을 가진 진핵생물입니다. 효모에서 세포 신호는 다른 진핵 세포에서 신호와 유사합니다. 효모 세포 외부의 단백질 또는 작은 분자와 같은 리간드는 세포 표면의 수용체에 부착합니다. 결합은 유전자 발현을 조절하는 전사 인자를 활성화하거나 비활성화하기 위해 두 번째 메신저 키나아제 (특정 기판을 인계하는 효소)를 자극합니다. 효모 내 신호 캐스케이드의 대부분은 호모 사피엔스에서유사한 대응을 가지고, 효모는 인간에서 세포 내 신호를 공부하기위한 편리한 모델을 만들기.

시그널링 캐스케이드 드라이브 효모 재생

효모는 곰팡이 왕국의 구성원입니다. 그들은 다양한 기능에 대한 신호를 사용, 특히 재생에 대한. 효모는 펩타이드인 페로몬을 사용하여 "성적" 번식을 겪을 수 있습니다- 아미노산의 짧은 사슬. 효모 식민지는 디플로이드 및 haploid 세포로 구성됩니다. 세포의 두 가지 유형은 미토시스를 겪을 수 있지만 디플로이드 세포만 메이오증을 겪을 수있습니다. 디플로이드 세포가 음오증을 겪을 때, 포자라고 불리는 4개의 결과 haploid 세포는 동일하지 않습니다. 실제로, 1개의 디플로이드 셀을 4개의 포자로 분할하면 효모 세포의 2개의 "남녀"를 생성하며, 각 2개의 세포는 MAT-a 및 MAT-알파를 생성합니다.

MAT-a 세포는 MAT-알파 세포를 유치하는 페로몬이라고 불리는 짝짓기 신호를 분비하고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 짝짓기 페로몬은 세포막에 G 단백질 결합 수용체에 결합합니다. 결합시, G 단백질은 미토겐 활성화 단백질 (MAP) 키나아제 폭포를 시작합니다. 이 신호 캐스케이드에서 MAP 키나아제 단백질 제품군의 일원은 다른 MAP 키나아제(MAP kinase)를 인계하여 다른 것을 인계합니다. 키나아제는 결국 거의 200개의 유전자의 발현을 변화시키는 인광 전사 인자를 결합하여 세포를 수용하게 합니다. 이러한 변화는 페로몬 방향으로 세포막과 세포질의 신장을 생성한다. 이 신장은shmoo라고하며, 그것은 그것의 짝과 연결 될 때까지 페로몬 농도 그라데이션을 따라 계속됩니다. 두 효모 세포는 병합, 단일 디플로이드 세포로 자신의 염색체를 결합.

효모의 쿼럼 시그널링

효모는 더 복잡한 다세포 유기체에서 보인 신호 기전과 유사한 많은 세포 신호 장치를 사용하더라도, 효모는 박테리아와 유사한 식민지에 살고 있는 개별 세포, 단세포 유기체입니다. 박테리아와 마찬가지로 효모는 세포 와 식민지 사이의 정족수 감지 신호를 사용합니다. 높은 세포 밀도에서 효모는 개별 효모 세포를 식민지로 집계하는 쿼럼 신호를 분비하기 시작하고, 하위 식민지는 특수 기능이나 지리를 표현합니다. 쿼럼 신호는 단백질과 같은 복잡한 분자로 구성될 필요가 없습니다. 사실, 효모는 암모니아를 생성할 수 있습니다,이 암모니아를 생성 할 수 있습니다, 이는 생존의 영역과 세포 사멸의 영역으로 효모 세포를 분리 쿼럼 신호 역할을 (프로그램 된 세포 죽음). 암모니아가 가장 적게 집중되어 있는 식민지의 가장자리에서 세포는 증식합니다. 충분한 암모니아가 생성되면, 그것은 전체 식민지의 성장뿐만 아니라 이웃 식민지의 성장을 억제 할 수 있습니다.

효모는 인간 조직을 감염시킬 수 있습니다.

인간에 있는 효모 감염은 아구창 (입에 있는 고통스러운 백색 패치를 형성하는), 칸디다 식도염 (식도에 퍼지는 아구창), 질 효모 감염 (질 고통, 가려움증 및 불타는 일으키는 원인이 되는), 운동선수의 발 (tinea pedis) 및 많은 다른 사람을 포함하여 피부 가려움증 및 뾰루지 포함합니다. 효 모 감염의 가장 위험한 형태는 곰팡이가 혈류 (곰팡이)를 침공 할 때 발생합니다. 이것은 생명을 위협하는 상태입니다. 모든 곰팡이 감염은 곰팡이가 성장하고 위에서 설명한 대로 서로 신호를 볼 때 퍼진다.


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