Сигналы с клеточной поверхности геному

Дрожжи обладают интересным половым процессом размножения. Клетки противоположных полов, а и α, выпускают феромоны (небольшие белковые молекулы с липидными вкраплениями) для обоюдного привлечения. Гаплоидные клетки дрожжей имеют рецепторы (чувствительные приемники) на своей поверхности к феромонам противоположного пола, которыми она распознают сигнал и отвечают на него. Их ответ заключается в том, что они останавливают клеточный цикл в фазе G1 (с неудвоенным геномом) и образуют в сторону полового партнера выпячивание на своей поверхности так, что клетка становится грушевидной формы. Такие выпячивания в итоге сливаются для образования единой клетки с двумя гаплоидными ядрами, которые в последствии также сливаются и образуют диплоидное а/α ядро.

---

Таким образом, в половом процессе каждая клетка служит причиной следующих изменений в клетке-партнере:

• Остановка клеточного цикла в G1 (стоп-сигнал для ДНК репликации)
• Экспрессия специальных функций, необходимых для спаривания и образования выпячиваний
• Формообразование (морфогенез) в сторону синтезирующего феромоны партнера.

Спаривание дрожжей — более, чем простой автоматизированный процесс, так как клетка одного пола может различить между двумя клетками противоположного пола. На сайте книги представлены микрофотографии процесса спаривания и дальнейшие подробности этого поразительного явления (см. Appendix I.2 здесь).

Феромонный ответ дрожжей обладает двумя весьма важными характеристиками:

• Данный процесс представляет собой конкретный пример того, как одна клетка может контактировать с помощью вполне определенных молекулярных сигналов с геномом другой клетки и влиять на него. Этот пример показывает, что геном — не изолированная субъединица, функционирующая отдельно от внешнего мира, а полностью осведомленная органелла клетки, которая работает в соответствии с широким спектром получаемых органических и неорганических сигналов.
• Система феромонного ответа у дрожжей использует сложную сенсорную структуру (такую как рецепторы, связанные с G-белком), которую исследователи находят снова и снова в различных удаленных друг от друга организмах.

Рецепторы, сопряженные с G-белком, связаны с MAPK киназным сигнальным каскадом. Эти молекулярные системы приема и передачи информации учат нас тому, что важные эволюционные приобретения сохраняются и используются заново в длинной летописи жизни на Земле: база данных биологических статей PubMed содержит 231 250 и 42 373 записи по запросу "G-protein coupled receptor" и "MAPK kinases", соответственно.

---

Словарь

Феромон — собирательное название веществ, выделяемых животными и растениями для коммуникации между особями одного вида.

Гаплоидный — содержащий одинарный набор хромосом (по одной копии).

Диплоидный — содержащий двойной набор хромосом (по две копии).

Киназа — фермент прикрепляющий фосфатную группу к своему субстрату. Существует множество различных киназ, их функции различны и часто включают маркировку белков для дальнейшего распознавания (так, например, киназы "включают" и "выключают" продвижение по клеточному циклу; часто причиной онкологических преобразований служат именно мутации в генах киназ).

---

Литература

Про половое размножение у дрожжей:

• Cross F., Hartwell L.H., Jackson C. and Konopka J.B. Conjugation in Saccharomyces cerevisiae. Annu Rev Cell Biol 4, 429–57 (1988).
• Jackson C.L., Konopka J.B. and Hartwell L.H. S. cerevisiae alpha pheromone receptors activate a novel signal transduction pathway for mating partner discrimination. Cell 67, 389–402 (1991).

Про рецепторы, сопряженные с G-белками (популярно):

• Under M.E. and Gilman A.G. G proteins. Sci Am 267, 56–65 (1992).