Segnalazione nel lievito

Panoramica

I lieviti sono organismi unicellulari, ma a differenza dei batteri, sono eucarioti, cellule che hanno un nucleo. La segnalazione delle cellule nel lievito è simile alla segnalazione in altre cellule eucariotiche. Un ligando, come una proteina o una piccola molecola al di fuori della cellula di lievito, si lega a un recettore sulla superficie cellulare. Il legame stimola le chinasi del secondo messaggero (enzimi che fosforano substrati specifici) ad attivare o inattivare i fattori di trascrizione che regolano l’espressione genica. Molte delle cascate di segnalazione intracellulare del lievito hanno controparti simili nell’Homo sapiens, rendendo il lievito un modello conveniente per studiare la segnalazione intracellulare negli esseri umani.

Riproduzione di lieviti a cascata di segnalazione

I lieviti sono membri del regno dei funghi. Usano la segnalazione per varie funzioni, soprattutto per la riproduzione. I lieviti possono subire la riproduzione “sessuale” utilizzando feromoni di accoppiamento, che sono peptidi, catene corte di amminoacidi. Le colonie di lieviti sono costituite da cellule sia diploidi che aploidi. Entrambi i tipi di cellule possono subire la mitosi, ma solo le cellule diploidi possono subire meiosi. Quando le cellule diploidi subiscono la meiosi, le quattro cellule aploidi risultanti, chiamate spore, non sono identiche. Infatti, la divisione di una cellula diploide in quattro spore crea due “sessi” di cellule di lievito, ognuna due cellule del tipo MAT-a e MAT-alpha.

Le cellule MAT-a secernono segnali di accoppiamento chiamati feromoni che attraggono le cellule MAT-alfa e viceversa. I feromoni di accoppiamento si legano ai recettori accoppiati alle proteine G sulle membrane cellulari. Dopo l’associazione, la proteina G avvia una cascata di chinasi della proteina attivata dal mitogeno (MAP). In questa cascata di segnalazione, un membro della famiglia di proteine della chinasi MAP specificamente fosforila un’altra chinasi MAP, che fosforila un altro, e così via. Le chinasi alla fine fosforilano fattori di trascrizione che alterano l’espressione di quasi 200 geni per rendere la cellula ricettiva all’accoppiamento. Questi cambiamenti producono un allungamento della membrana cellulare e del citoplasma nella direzione del ferormone. Questa allungamento è chiamata shmoo, e continua a seguire il gradiente di concentrazione del feromone fino a quando non si connette con il suo compagno. Le due cellule di lievito si fondono, combinando i loro cromosomi in un’unica cellula diploide.

Segnalazione quorum nel lievito

Anche se il lievito utilizza molti dispositivi di segnalazione cellulare che sono simili ai meccanismi di segnalazione osservati in organismi multicellulari più complessi, il lievito è ancora singole cellule, organismi unicellulari, che vivono in colonie, simili ai batteri. Come i batteri, il lievito utilizza anche i segnali di rilevamento del quorum tra le cellule e anche tra le colonie. Ad alta densità di cellule, il lievito inizia a secernere un segnale di quorum che aggrega singole cellule di lievito in colonie, con sottocolonie che esprimono funzioni o aree geografiche specializzate. I segnali del quorum non devono essere costituiti da molecole complesse come le proteine. Infatti, il lievito può produrre ammoniaca, un composto a basso peso molecolare, che funge da segnale quorum che separa le cellule di lievito in zone di vitalità e zone di apoptosi (morte cellulare programmata). Ai bordi di una colonia, dove l’ammoniaca è meno concentrata, le cellule proliferano. Se viene prodotta abbastanza ammoniaca, può inibire la crescita dell’intera colonia e la crescita delle colonie vicine.

Il lievito può infettare i tessuti umani

Le infezioni da lievito negli esseri umani includono il mughetto (che forma macchie bianche dolorose in bocca), Candida esofagitis (mughetto che si diffonde all’esofago), infezioni vaginali da lievito (causando dolore vaginale, prurito e bruciore), prurito della pelle e eruzioni cutanee tra cui il “piede degli atleti” (tinea pedis), e molti altri. La forma più pericolosa di infezione da lievito si verifica quando il fungo invade il flusso sanguigno (fungemia). Questa è una condizione pericolosa per la vita. Tutte le infezioni fungine si diffondono quando i funghi crescono e segnalano l’un l’altro come descritto sopra.