Дрожжи решают, с кем спариваться, за две минуты

Дрожжевые клетки принимают решение о спаривании в течение двух минут после встречи, согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Nature. Новое понимание того, как дрожжи принимают это решение, может помочь в изучении развития раковых и стволовых клеток.

Дрожжи — одноклеточные микроорганизмы, часто используемые как модельные организмы. Обычно они размножаются бесполым путём (почкованием), но иногда — половым (спариванием). Этот процесс включает слияние двух клеток разного пола, обмен ДНК и разделение. Для этого клетки формируют специальный вырост — «шму» (shmoo), что занимает около двух часов.

Исследователи из Imperial College London, Université de Montréal, McGill University и University of Edinburgh установили, что решение о спаривании контролируется химическим изменением одной белковой молекулы. Это изменение происходит через две минуты после того, как клетка обнаруживает феромон противоположного пола, что гораздо быстрее, чем считалось ранее.

Также выяснилось, что для запуска процесса спаривания концентрация феромона в среде должна достичь критического порога. Если концентрация ниже, клетка продолжает бесполое размножение.

«Формирование "шму" — очень энергозатратный процесс. Мы полагаем, этот механизм "включения" при определённой концентрации феромона мог развиться, чтобы клетки готовились к половому размножению только если партнёр достаточно близко и способен к спариванию», — сказал соавтор работы доктор Вахид Шахрезаи (Imperial College London).

Учёные использовали сложную математическую модель, учитывающую экспериментальные данные о концентрации феромонов, концентрациях соответствующих белков внутри клетки и силе их взаимодействия.

Эта модель потенциально применима для изучения триггеров, вызывающих изменения в других типах клеток, например, при дифференцировке стволовых клеток в клетки сердца или кости или при озлокачествлении нормальных клеток. Это возможно потому, что в клетках млекопитающих и дрожжах присутствуют многие сходные белки, которые запускают цепную реакцию, ведущую к клеточному решению. Модель может в итоге помочь в разработке новых лекарств и терапий.

«Дрожжевые клетки живут в очень "шумной" среде. Нам хотелось понять, как клетки разбираются в этом хаосе и принимают на молекулярном уровне важные решения, например, о спаривании. Наша модель показывает, что механизм принятия решения очень устойчив и не подвержен влиянию молекулярного "шума"», — добавил доктор Шахрезаи.

«Хотя дрожжи радикально отличаются от людей, на молекулярном и клеточном уровне у нас много общего, — сказал старший автор работы профессор Стивен Мичник (Université de Montréal). — Похожие молекулярные "переключатели" принимают решения при дифференцировке стволовых клеток во время эмбрионального развития и выходят из строя при раке».