Wie Proteine ​​in Hefe kommunizieren, um Partner zu finden

Das Verständnis der Familie der zellulären Ein-/Aus-Schalter, die als G-Proteine ​​bekannt sind, ist wichtig, da diese Proteine ​​einen Großteil der Kommunikation zwischen Zellen im menschlichen Körper und darüber hinaus steuern. Eine neue Studie der University of Maine hat mehr Details darüber enthüllt, wie diese essentiellen Proteine ​​bei der Koordination der zellulären Reaktion auf zwei widersprüchliche Signale in Hefe funktionieren, was zu einem besseren Verständnis der Signalprozesse führen könnte, die an der menschlichen Gesundheit beteiligt sind.

Ein Forscherteam unter der Leitung von Josh Kelley, außerordentlicher Professor für Biochemie an der UMaine, untersucht G-Proteine ​​in Hefe in der Hoffnung, uns sagen zu können, wie diese Proteine ​​beim Menschen funktionieren. Eine übliche Art und Weise, wie menschliche Zellen die Außenwelt erkennen und Signale von anderen Teilen des Körpers empfangen, sind Rezeptoren, die die Zellmembran durchspannen und als G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCR) bezeichnet werden. GPCRs erkennen chemische Signale außerhalb der Zelle und schalten ein G-Protein innerhalb der Zelle ein, um ein internes Zellsignal zu initiieren. Hefe verwendet einen GPCR, um potenzielle Paarungspartner zu erkennen und zu ihnen zu wachsen.

Viele Proteine ​​im Paarungsweg teilen sich jedoch mit dem Weg, der die Zellteilung steuert. Dies bedeutet, dass die Zelle, wenn sie Zellteilung durchläuft und ein Signal von einem potenziellen Partner erhält, wählen muss, welchen Weg sie verwenden möchte. Was die Zelle tun soll, ist zuerst die Zellteilung abzuschließen und dann auf das Paarungssignal zu reagieren, aber wie diese Verzögerung als Reaktion auf das Paarungssignal vermittelt wird, ist nicht bekannt.

„Die Zellteilung ist ein kritischer Prozess. Wenn die Teilung abnormal ist, kann die Zelle nicht mehr richtig funktionieren und beim Menschen können Krankheiten wie Krebs entstehen“, sagt Cory Johnson, ehemaliger Ph.D. Student an der Graduate School of Biomedical Science and Engineering an der University of Maine, der die Forschung für seine Doktorarbeit durchführte.

Während der Paarungsreaktion modifiziert ein als MAP-Kinase (MAPK) bekanntes Enzym den Regulator der G-Protein-Signalübertragung oder RGS. Die RGS schaltet den Paarungsweg ab, aber der Grund für die Änderung war nicht bekannt. Die Forscher verwendeten Hefestämme mit verschiedenen RGS-Mutanten, um die Wirkung der MAPK-Signalübertragung darauf zu untersuchen, wohin RGS während der Paarungsreaktion geht und wie Signalproteine ​​in der Zelle verteilt wurden. Sie fanden heraus, dass die MAPK-Modifikation des RGS steuert, wo das RGS gefunden werden kann, aber auch, wo das MAPK selbst lokalisiert ist.

Am überraschendsten fanden die Wissenschaftler heraus, dass die Phosphorylierung von RGS den Abschluss der Zytokinese – der endgültigen Teilung der Zellen am Ende der Mitose – vor dem durch Pheromon induzierten Wachstum zu Paarungspartnern fördert. Sie fanden heraus, dass das RGS mit einem Protein namens Kel1 interagiert, von dem bekannt ist, dass es das Ende der Mitose steuert. Es stellte sich heraus, dass die RGS-Bindung an Kel1 von der MAPK-Modifikation des RGS kontrolliert wird, was endlich die seit langem bestehende Frage beantwortete, warum diese Modifikation auftrat. Wenn die RGS nicht modifiziert wird, führt dies zu einer fehlgeschlagenen Zytokinese, die katastrophale Auswirkungen auf die Zelle haben kann.

„Wir waren überrascht, solch ein auffallendes Ergebnis zu sehen, denn bis jetzt gab es keinen Beweis dafür, dass RGS an der Regulierung der Zellteilung beteiligt ist“, sagt Johnson.

„Im Großen und Ganzen ist diese Forschung spannend, weil sie Licht auf einen potenziellen Signal-Nexus innerhalb von Zellen wirft, bei dem zwei eingehende Nachrichten empfangen werden und die Zellen interpretieren, welches Signal höhere Priorität hat, um verfolgt zu werden“, sagt William Simke, Co-Autor der Studie und ehemaliger Master-Student an der UMaine.

„Wir hoffen, dass unsere Daten die wissenschaftliche Gemeinschaft über neue potenzielle Mechanismen im Zusammenhang mit der Entstehung von Krankheiten informieren können“, sagt Johnson.

Die Studie wurde im August 2022 im Journal veröffentlicht Life-Science-Allianz.