zierliche Mutation – Wikipedia

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zierlich (ρ–) ist eine Mutante, die erstmals in der Hefe entdeckt wurde Saccharomyces cerevisiae. Aufgrund des Defekts in der Atmungskette können “zierliche” Hefen nicht auf Medien wachsen, die nur nicht fermentierbare Kohlenstoffquellen (wie Glycerin oder Ethanol) enthalten, und bilden kleine Kolonien, wenn sie in Gegenwart fermentierbarer Kohlenstoffquellen (wie Glucose) gezüchtet werden ). Der zierliche Phänotyp kann durch das Fehlen oder Mutationen in mitochondrialer DNA (als “cytoplasmatische Petiten” bezeichnet) oder durch Mutationen in kernkodierten Genen, die an der oxidativen Phosphorylierung beteiligt sind, verursacht werden.[1][2] Ein neutraler Petite produziert alle Wildtyp-Nachkommen, wenn er mit Wildtyp gekreuzt wird.

Petite Mutationen können unter Verwendung einer Vielzahl von Mutagenen induziert werden, einschließlich DNA-Interkalationsmitteln sowie Chemikalien, die die DNA-Synthese in wachsenden Zellen stören können.[1][2] Mutagene, die Petites erzeugen, sind an erhöhten Raten degenerativer Erkrankungen und am Alterungsprozess beteiligt.

Überblick[edit]

Eine Mutation, die kleine (zierliche “> zierliche) anaerobe Kolonien hervorbringt, wurde zuerst in Hefe Saccharomyces cerevisiae gezeigt und 1949 von Boris Ephrussi und seinen Mitarbeitern in Gif-sur-Yvette, Frankreich, beschrieben.[3] Die Zellen von zierlichen Kolonien waren kleiner als die von Wildtyp-Kolonien, aber der Begriff “zierlich” bezieht sich nur auf die Koloniengröße und nicht auf die individuelle Zellgröße.[3]

Geschichte[edit]

Vor über 50 Jahren haben Ephrussi et al. entdeckte einen nicht-Mendelschen vererbten Faktor, der für die Atmung in der Hefe wesentlich ist, Saccharomyces cerevisiae. S. cerevisiae ohne diesen Faktor, der als ρ-Faktor bekannt ist, wird durch die Entwicklung kleiner Kolonien im Vergleich zur Wildtyp-Hefe beschrieben.[4] Diese kleineren Kolonien wurden als zierliche Kolonien bezeichnet. Es wurde beobachtet, dass diese zierlichen Mutanten auf natürliche Weise spontan mit einer Rate von 0,1% bis 1,0% pro Generation produziert wurden.[4][5] Sie fanden auch, dass die Behandlung von Wildtyp S. cerevisiae mit DNA-Interkalationsmitteln würde diese Mutation schneller erzeugen.[4]

Schatz identifizierte eine Region der Kern-DNA der Hefe, die 1964 mit den Mitochondrien assoziiert war. Später wurde entdeckt, dass Mutanten ohne den ρ-Faktor keine mitochondriale DNA hatten (ρ genannt)0 Isolate) oder dass sie einen Unterschied in der Dichte oder Menge der mitochondrialen DNA besaßen (genannt ρ– – Isolate). Die Verwendung von Elektronenmikroskopie zum Betrachten der DNA in der mitochondrialen Matrix half, die Aktualität des mitochondrialen Genoms zu überprüfen.[4][5][6]

S. cerevisiae ist seitdem ein nützliches Modell für das Altern geworden. Es wurde gezeigt, dass Hefe mit zunehmendem Alter funktionelle mitochondriale DNA verliert, was zu replikativer Seneszenz oder der Unfähigkeit zur weiteren Replikation führt.[4] Es wurde vermutet, dass es einen Zusammenhang zwischen dem Verlust der mitochondrialen DNA und der replikativen Lebensdauer (RLS) gibt oder wie oft sich eine Zelle reproduzieren kann, bevor sie stirbt, da festgestellt wurde, dass mit denselben Änderungen ein Anstieg des RLS festgestellt wird im Genom, die die Vermehrung von Zellen fördern, die keine mitochondriale DNA enthalten. Genetische Untersuchungen auf mit der Replikationslebensdauer verbundene Gene und Wege könnten durch Auswahl genetischer Suppressoren der zierlichen negativen Mutanten einfacher und schneller gemacht werden.[4]

Das Petite ist durch einen Mangel an Cytochromen (a, a3 + b) und einen Mangel an Atmungsenzymen gekennzeichnet, die in Mitochondrien atmen.[7] Aufgrund des Fehlers im Atmungskettenweg kann “zierliche” Hefe nicht auf Medien wachsen, die nur nicht fermentierbare Kohlenstoffquellen (wie Glycerin oder Ethanol) enthalten, und kleine Kolonien bilden, wenn sie in Gegenwart fermentierbarer Kohlenstoffquellen (wie z Glucose).[8] Das Fehlen von Mitochondrien kann den Petite-Phänotyp oder durch Deletionsmutationen in mitochondrialer DNA (als “cytoplasmatische Petites” bezeichnet), die eine Deletionsmutation darstellt, oder durch Mutationen in kernkodierten Genen, die an der oxidativen Phosphorylierung beteiligt sind, verursachen.

Experiment[edit]

Petite Mutanten können im Labor unter Verwendung hocheffizienter Behandlungen wie Acriflavin, Ethidiumbromid und anderer Interkalationsmittel erzeugt werden.[9] Ihre Mechanismen wirken zusammen und verursachen den möglichen Verlust von mitochondrialer DNA: Wenn die Behandlungszeit zunimmt, nimmt die Menge an mitochondrialer DNA ab. Nach längerer Behandlung wurden Petites erhalten, die keine nachweisbare mitochondriale DNA enthielten.[7] Es ist ein nützlicher Ansatz, um die Funktion der mitochondrialen DNA beim Hefewachstum zu veranschaulichen.

Petite Mutation Vererbung[edit]

Das Vererbungsmuster von Genen, die in den Zellorganellen wie Mitochondrien vorhanden sind und als zytoplasmatische Vererbung bezeichnet werden, unterscheidet sich vom Muster der Kerngene.

Petite-Mutanten zeigen eine extranukleare Vererbung. Das Vererbungsmuster variiert mit der Art der betroffenen Petite.

Vererbungstypen für zierliche Mutationen[edit]

Petite-Mutanten zeigen eine extranukleare Vererbung. Das Vererbungsmuster variiert mit der Art der betroffenen Petite.

Segregationale Petites (pet–): Mutanten werden durch Kernmutationen erzeugt und weisen eine Mendelsche 1: 1-Segregation auf.[9]

Neutrale Petites (Rho – N): Neutral zierlich, wenn sie zum Wildtyp gekreuzt werden, sind alle Nachkommen Wildtyp. Es hat normale mitochondriale DNA von Wildtyp-Eltern geerbt, die in den Nachkommen repliziert wird.[3]

Unterdrückende Petites (Rho – S): Kreuzungen zwischen Petite und Wildtyp, alle Nachkommen sind Petite und zeigen ein “dominantes” Verhalten zur Unterdrückung der Wildtyp-Mitochondrienfunktion.[3]

Die meisten zierlichen Mutanten von S. cerevisiae sind von einem supprimierenden Typ und unterscheiden sich von neutralem Petite durch Beeinflussung des Wildtyps, obwohl beide eine Mutation in der mitochondrialen DNA sind. Das mitochondriale Hefegenom wird das erste eukaryotische Genom sein, das sowohl hinsichtlich seiner Struktur als auch seiner Funktion verstanden wird. Dies sollte den Weg zum Verständnis der Evolution von Organellengenomen und ihrer Beziehung zu Kerngenomen ebnen. Es ist offensichtlich, dass Ephrussis Arbeit nicht nur das eröffnete Bereich der extrachromosomalen Genetik, bieten aber auch einen fantastischen Anreiz für die Untersuchungen, die bis heute folgten.[3]

Obwohl S. cerevisiae wurde in diesem und anderen Bereichen eingehend untersucht. Es ist schwer zu sagen, ob die molekularen Mechanismen dieses Prozesses in der mitochondrialen DNA über andere Hefespezies hinweg erhalten bleiben. Andere Hefespezies wie Kluyveromyces lactis, Saccharomyces castellii, und Candida albicans haben alle gezeigt, dass sie zierliche negative Mutanten produzieren. Möglicherweise haben diese Hefen ein anderes Vererbungssystem für ihr mitochondriales Genom als S. cerevisiae tut.[4][5]

Die Frequenz, mit der S. castellii spontan produziert Petites ist ähnlich wie bei S. cerevisiae, wobei die mitochondriale DNA dieser Petiten durch Deletion und Umlagerung stark verändert wird. Unterdrückende Petites von S. cerevisiae sind die am häufigsten beobachteten spontan erzeugten Mutanten, während in S. castellii, Die am häufigsten beobachtete spontane Mutante ist die neutrale Petite, was zu Spekulationen führt, dass die Übertragung dieser Mutation zwischen den Arten unterschiedlich ist.[1][4][5]

Verweise[edit]

  1. ^ ein b Lipinski, Kamil A.; Kaniak-Golik, Aneta; Golik, Pawel (Juni 2010). “Erhaltung und Expression des mitochondrialen Genoms von S. cerevisiae – Von der Genetik über die Evolution bis zur Systembiologie”. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Bioenergetik. 1797 (6–7): 1086–1098. doi:10.1016 / j.bbabio.2009.12.019. ISSN 0005-2728. PMID 20056105.
  2. ^ ein b Ferguson, LR; von Borstel, RC (1992-01-01). “Induktion der zytoplasmatischen ‘petite’-Mutation durch chemische und physikalische Wirkstoffe in Saccharomyces cerevisiae”. Mutationsforschung. 265 (1): 103–148. doi:10.1016 / 0027-5107 (92) 90042-Z. ISSN 0027-5107. PMID 1370239.
  3. ^ ein b c d e Bernardi, Giorgio (01.09.1979). “Die zierliche Mutation in Hefe”. Trends in den biochemischen Wissenschaften. 4 (9): 197–201. doi:10.1016 / 0968-0004 (79) 90079-3.
  4. ^ ein b c d e f G h Dunn, Cory D. (09.08.2011). “Leerlauf: Begrenzt die mitochondriale DNA-Mutation die replikative Lebensdauer von Hefen?” BioEssays. 33 (10): 742–748. doi:10.1002 / bies.201100050. ISSN 0265-9247. PMID 21826691.
  5. ^ ein b c d Kochmak, SA; Knorre, DA; Sokolov, SS; Severin, FF (01.02.2011). “Physiologische Szenarien des programmierten Verlusts der mitochondrialen DNA-Funktion und des Todes von Hefen”. Biochemie (Moskau). 76 (2): 167–171. doi:10.1134 / s0006297911020015. ISSN 0006-2979. PMID 21568848.
  6. ^ Lipinski, Kamil A.; Kaniak-Golik, Aneta; Golik, Pawel (01.06.2010). “Erhaltung und Expression des mitochondrialen Genoms von S. cerevisiae – Von der Genetik über die Evolution bis zur Systembiologie”. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Bioenergetik. 1797 (6–7): 1086–1098. doi:10.1016 / j.bbabio.2009.12.019. ISSN 0005-2728. PMID 20056105.
  7. ^ ein b Goldring, Elizabeth S.; Grossman, Lawrence I.; Marmur, Julius (Juli 1971). “Petite Mutation in Hefe”. Journal of Bacteriology. 107 (1): 377–381. doi:10.1128 / JB.107.1.377-381.1971. ISSN 0021-9193. PMC 246929. PMID 5563875.
  8. ^ Heslot, H.; Goffeau, A.; Louis, C. (1970-10-01). Atemstoffwechsel einer “zierlich negativen” Hefe Schizosaccharomyces pombe 972h−. Journal of Bacteriology. 104 (1): 473–481. doi:10.1128 / JB.104.1.473-481.1970. ISSN 0021-9193. PMC 248232. PMID 4394400.
  9. ^ ein b Heslot, H.; Louis, C.; Goffeau, A. (1970-10-01). Segregational respiratorisch defiziente Mutanten einer “Petite Negative” Hefe Schizosaccharomyces pombe 972h−. Journal of Bacteriology. 104 (1): 482–491. doi:10.1128 / JB.104.1.482-491.1970. ISSN 0021-9193. PMC 248233. PMID 5473904.

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