Дрожжи как живые термометры: как клетки регулируют мембраны при голоде

Мембраны играют ключеввую роль в клетках, включая одноклеточные организмы, такие как дрожжи (Saccharomyces cerevisiae). Они не только образуют барьер, но и участвуют в сигнализации, хранении и регуляции деления клетки. Однако механизмы, с помощью которых липиды и белки в мембранах координируют эти функции, долгое время оставались неясными.

В исследовании, опубликованном 25 января в Proceedings of the National Academy of Sciences, учёные из Вашингтонского университета обнаружили, что живые дрожжевые клетки активно регулируют процесс фазового разделения в мембране своей вакуоли — органелла, важной для хранения и сигнализации.

Ключевое открытие: Дрожжи поддерживают фазовое разделение в мембране вакуоли до тех пор, пока температура окружающей среды не поднимается примерно на 25°F (~14°C) выше температуры их роста.

Ход эксперимента:

• При нормальной лабораторной температуре 86°F (30°C) и изобилии пищи мембрана вакуоли выглядела однородной.
• Когда запас пищи истощался, в мембране возникали множественные округлые домены (фазовое разделение).
• При кратковременном повышении температуры примерно на 25°F выше температуры роста домены исчезали.
• Этот порог в +25°F сохранялся, даже когда дрожжи выращивали при более низких температурах (77°F и 68°F). Домены исчезали всегда при превышении их температуры роста на те же ~25°F.

«Мы считаем, что это явный признак того, что дрожжевые клетки конструируют мембрану вакуоли в различных условиях окружающей среды, чтобы поддерживать это постоянное состояние фазового разделения», — заявила ведущий автор Шантель Левелли.

Биологический смысл: Фазовое разделение, вероятно, выступает в роли "переключателя", регулирующего функции мембраны. Известно, что появление доменов в вакуоли совпадает с остановкой деления клетки. В мембране вакуоли находятся два белковых комплекса, важных для деления. Когда они разделены, деление прекращается.

«Фазовое разделение в вакуоли происходит как раз тогда, когда дрожжевой клетке нужно перестать делиться, потому что запас пищи иссяк. Одна из идей заключается в том, что фазовое разделение — это механизм, который дрожжевая клетка "использует", чтобы разделить эти два белковых комплекса и остановить деление клетки», — пояснил соавтор Алексей Мерц.

Значение: Если дальнейшие исследования подтвердят, что фазовое разделение напрямую регулирует деление клеток у дрожжей, это может стать первым строгим примером клеточной регуляции через это ранее недооценённое свойство мембран. Этот механизм может быть общим и обратимым способом модуляции множества клеточных процессов не только у дрожжей, но и в других организмах, включая человека.