饥饿的酵母是微小的活温度计

这张荧光显微镜图像显示了经历了相分离的酵母液泡。
资料来源:卢瑟·戴维斯/阿列克谢·默茨/华盛顿大学

细胞膜对我们的细胞至关重要。你身体里的每个细胞都被一个细胞包围着。每一种细胞都有特殊的细胞室,也就是细胞器,它们也被膜包裹着。

细胞膜帮助细胞完成诸如将食物分解为能量、生成和分解蛋白质、跟踪环境条件、发送信号和决定何时分裂等任务。

长期以来,生物学家一直试图准确地了解细胞膜是如何完成这些不同类型的工作的。膜的主要成分——称为脂质的大型类脂分子和胆固醇等致密分子——构成了巨大的屏障。除了少数情况外,目前还不清楚这些分子是如何帮助膜内蛋白质完成它们的工作的。

在一个1月25日发表在《美国国家科学院学报》上,华盛顿大学的研究团队在出芽酵母相分离——相同的单细胞真菌发酵酿造的名声,和报告,活的酵母细胞能够积极调节这一过程被称为相分离的膜。在相分离过程中,膜保持完整,但分成多个不同的区域或区域,分离脂质和蛋白质。新的发现第一次表明,在环境条件下,酵母细胞精确地调节其膜进行相分离的温度。这一发现背后的团队认为,相分离可能是一种“开关”机制,这些细胞利用它来控制膜的工作类型和它们发送的信号。

以前的工作表明这些结构域可以在活酵母细胞的细胞膜上看到,”该研究的主要作者、华盛顿大学化学博士生尚特尔·莱韦利说。“我们问:如果这些结构域对一个细胞来说很重要,那么如果我们改变细胞的环境——通过在不同的温度下生长它们——细胞会‘关心’并投入能量来保持膜中的相分离吗?”答案是肯定的!”

过去的研究表明,当糖充足时,酵母细胞的液泡——一种重要的存储和信号传递的细胞器——会变大,在显微镜下,它的膜看起来是均匀的。但当食物供应减少时,液泡经历相分离,细胞器的膜上出现许多圆形区。

在这项新研究中,Leveille和她的合著者——华盛顿大学化学教授莎拉·凯勒他是华盛顿大学生物化学教授Alexey梅尔兹以及凯特琳·康奈尔(Caitlin Cornell),之前是华盛顿大学化学专业的博士生,他们试图了解酵母是否能积极调节相分离。在86华氏度的典型实验室温度下,莱维尔用大量的食物培养酵母。在食物减少后,酵母细胞液泡膜进行了相分离,正如预期的那样。当Leveille将酵母环境的温度短暂提高25华氏度时,这些区域就消失了。然后,Leveille在较低的温度下(77华氏度而不是正常的86华氏度)培养酵母,并发现在新温度高于25华氏度时,这些区域消失了。当她在更冷的环境中(68华氏度)培养酵母时,比生长温度高25度左右的相分离再次消失。

这些实验表明,酵母细胞在液泡膜中始终保持相分离,直到温度上升到高于其生长温度25度左右。

“我们认为这是一个明确的信号,酵母细胞在不同的环境条件下工程液泡膜,以保持这种相分离的一致状态,”Leveille说。

她补充说,液泡膜的相分离可能在酵母中起着重要的作用。

“这一结果表明,酵母的膜相分离可能是一个双向门,”Leveille说。“例如,如果细胞再次找到食物,它们会想要回到最初的状态。酵母不想离转变太远。”

未来的研究可以确定影响液泡膜相分离能力的其他膜成分,以及其相分离的后果。生物学家已经知道,当结构域出现在酵母液泡的膜中时,细胞停止分裂。这两件事可能有联系,因为酵母液泡的膜包含两个蛋白质复合物,对细胞分裂是重要的。当这些复合物相距很远时,细胞分裂就会停止。

默茨说:“当酵母细胞的食物供应耗尽,需要停止分裂时,液泡中的相分离就发生了。”“一种想法是,相分离是酵母细胞‘使用’分离这两种蛋白质复合物并阻止细胞分裂的机制。”

从酵母菌到人类的细胞中,嵌入细胞膜的蛋白质复合物会影响细胞行为。如果进一步的研究表明,酵母液泡中的相分离调节细胞分裂,这可能是第一个严格的例子,通过这个曾经被忽视的性质的膜调节细胞。

“相分离可能是一种常见的、可逆的机制,可以调节很多很多类型的细胞特性,”Keller说。

康奈尔现在是加州大学伯克利分校的博士后研究员。这项研究由美国国立卫生研究院和美国国家科学基金会资助。

欲了解更多信息,请联系凯勒slkeller@uw.edu和梅尔兹merza@uw.edu

授权号:MCB-1925731,R01 GM077349,R01 GM130644,T32 GM008268

期刊:美国国家科学院院刊
DOI:10.1073 / pnas.2116007119
研究方法:实验研究
研究对象:细胞
文章标题:酵母细胞积极调整他们的膜相分离的温度,规模与生长温度
文章出版日期:2022年1月25日

媒体接触

詹姆斯Urton
华盛顿大学
jurton@uw.edu
办公室:206-543-2580

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