Schizosaccharomyces pombe – Wikipedia

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Hefespezies

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Schizosaccharomyces pombe, auch genannt “Spalthefe“, ist eine Hefeart, die beim traditionellen Brauen und als Modellorganismus in der Molekular- und Zellbiologie verwendet wird. Es handelt sich um einen einzelligen Eukaryoten, dessen Zellen stabförmig sind. Zellen haben typischerweise einen Durchmesser von 3 bis 4 Mikrometern und einen Durchmesser von 7 bis 14 Mikrometern Länge. Sein Genom, das ungefähr 14,1 Millionen Basenpaare umfasst, enthält schätzungsweise 4.970 proteinkodierende Gene und mindestens 450 nichtkodierende RNAs.[1]

Diese Zellen behalten ihre Form bei, indem sie ausschließlich durch die Zellspitzen wachsen und sich durch mediale Spaltung teilen, um zwei gleich große Tochterzellen zu produzieren, was sie zu einem leistungsstarken Werkzeug in der Zellzyklusforschung macht.

Spalthefe wurde 1893 von Paul Lindner aus ostafrikanischem Hirsebier isoliert. Der Artname Pombe ist das Swahili-Wort für Bier. Es wurde erstmals in den 1950er Jahren als experimentelles Modell entwickelt: von Urs Leupold für das Studium der Genetik,[2][3] und von Murdoch Mitchison für das Studium des Zellzyklus.[4][5][6]

Paul Nurse, ein Spalthefeforscher, hat die unabhängigen Schulen für Spalthefegenetik und Zellzyklusforschung erfolgreich zusammengeführt. Zusammen mit Lee Hartwell und Tim Hunt erhielt Nurse 2001 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für ihre Arbeit zur Regulation des Zellzyklus.

Die Reihenfolge der S. pombe Das Genom wurde 2002 von einem Konsortium unter der Leitung des Sanger-Instituts veröffentlicht und ist damit das sechste Modell eines eukaryotischen Organismus, dessen Genom vollständig sequenziert wurde. Forscher von S. pombe werden von der PomBase MOD (Model Organism Database) unterstützt. Dies hat die Kraft dieses Organismus vollständig freigeschaltet, da viele Gene ortholog zu den identifizierten menschlichen Genen sind – 70% bis heute,[7][8] einschließlich vieler Gene, die an menschlichen Krankheiten beteiligt sind.[9] Im Jahr 2006 subzelluläre Lokalisierung von fast allen Proteinen in S. pombe wurde unter Verwendung von grün fluoreszierendem Protein als molekulares Tag veröffentlicht.[10]

Schizosaccharomyces pombe ist auch ein wichtiger Organismus bei der Untersuchung der zellulären Reaktionen auf DNA-Schäden und des Prozesses der DNA-Replikation geworden.

Ca. 160 natürliche Stämme von S. pombe wurden isoliert. Diese wurden an verschiedenen Orten gesammelt, darunter in Europa, Nord- und Südamerika sowie in Asien. Die meisten dieser Stämme wurden aus Kulturfrüchten wie Äpfeln und Trauben oder aus verschiedenen alkoholischen Getränken wie dem brasilianischen Cachaça gewonnen. S. pombe Es ist auch bekannt, dass es in fermentiertem Tee, Kombucha, enthalten ist.[11] Derzeit ist nicht klar, ob S. pombe ist der Hauptfermenter oder eine Verunreinigung in solchen Gebräuen. Die natürliche Ökologie von Schizosaccharomyces Hefen ist nicht gut untersucht.

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Geschichte[edit]

Schizosaccharomyces pombe wurde erstmals 1893 entdeckt, als eine Gruppe, die in einem Labor eines Brauereiverbandes in Deutschland arbeitete, Sedimente untersuchte, die in aus Ostafrika importiertem Hirsebier gefunden wurden und ihm einen sauren Geschmack verliehen. Der Begriff Schizo, der “Spaltung” oder “Spaltung” bedeutet, wurde zuvor verwendet, um andere Schizosaccharomyceten zu beschreiben. Die Hinzufügung des Wortes Pombe war auf seine Isolierung von ostafrikanischem Bier zurückzuführen, da Pombe auf Suaheli “Bier” bedeutet. Der Standard S. pombe Die Stämme wurden 1946 und 1947 von Urs Leupold aus einer Kultur isoliert, die er aus der Hefesammlung in Delft, Niederlande, erhalten hatte. Es wurde dort von A. Osterwalder unter dem Namen hinterlegt S. pombe var. Liquefaciens, nachdem er es 1924 an der Bundesversuchsstation für Wein- und Gartenbau in Wädenswil, Schweiz, aus französischem Wein (höchstwahrscheinlich ranzig) isoliert hatte. Die von Urs Leupold verwendete Kultur enthielt (neben anderen) Zellen mit den Paarungstypen h90 (Stamm 968), h- (Stamm 972) und h + (Stamm 975). Im Anschluss daran wurden zwei große Isolierungsbemühungen unternommen S. pombe aus Früchten, Nektar oder Fermentationen: eine von Florenzano et al.[12] in den Weinbergen Westsiziliens und im anderen von Gomes et al. (2002) in vier Regionen im Südosten Brasiliens.[13]

Ökologie[edit]

Die Spalthefe S. pombe gehört zur Divisio Ascomycota, die die größte und vielfältigste Gruppe von Pilzen darstellt. Frei lebende Ascomyceten kommen häufig in Baumausscheidungen, an Pflanzenwurzeln und im umgebenden Boden, auf reifen und verrottenden Früchten und in Verbindung mit Insektenvektoren vor, die sie zwischen Substraten transportieren. Viele dieser Assoziationen sind symbiotisch oder saprophytisch, obwohl zahlreiche Ascomyceten (und ihre Basidiomyceten-Cousins) wichtige Pflanzenpathogene darstellen, die auf unzählige Pflanzenarten abzielen, einschließlich kommerzieller Pflanzen. Unter den ascomyketischen Hefegattungen ist die Spalthefe Schizosaccharomyces ist einzigartig aufgrund der Ablagerung von α- (1,3) -Glucan oder Pseudonigeran in der Zellwand zusätzlich zu den bekannteren β-Glucanen und dem virtuellen Mangel an Chitin. Arten dieser Gattung unterscheiden sich auch in der Mannan-Zusammensetzung, die terminale d-Galactose-Zucker in den Seitenketten ihrer Mannane zeigt. S. pombe in Gegenwart von überschüssigem Zucker aerob fermentieren.[14]S. pombe kann L-Apfelsäure, eine der dominierenden organischen Säuren im Wein, abbauen, was sie unter anderem vielfältig macht Saccharomyces Stämme.

Vergleich mit angehender Hefe (Saccharomyces cerevisiae)[edit]

Die Hefespezies Schizosaccharomyces pombe und Saccharomyces cerevisiae sind beide ausgiebig untersucht; Diese beiden Arten gingen ungefähr 300 bis 600 Millionen Jahre vor der Gegenwart auseinander.[15] und sind wichtige Werkzeuge in der Molekular- und Zellbiologie. Einige der technischen Diskriminanten zwischen diesen beiden Arten sind:

  • S. cerevisiae hat ungefähr 5.600 offene Leserahmen; S. pombe hat ungefähr 5.070 offene Leserahmen.
  • Trotz ähnlicher Genzahlen, S. cerevisiae hat nur etwa 250 Introns, während S. pombe hat fast 5.000.
  • S. cerevisiae hat 16 Chromosomen, S. pombe hat 3.
  • S. cerevisiae ist oft diploid während S. pombe ist normalerweise haploide.
  • S. pombe hat dabei einen Shelterin-ähnlichen Telomerkomplex S. cerevisiae nicht.[16]
  • S. cerevisiae befindet sich über einen längeren Zeitraum in der G1-Phase des Zellzyklus (infolgedessen wird der G1-S-Übergang streng kontrolliert), während S. pombe bleibt über einen längeren Zeitraum in der G2-Phase des Zellzyklus (infolgedessen ist der G2-M-Übergang unter strenger Kontrolle).
  • Beide Arten teilen Gene mit höheren Eukaryoten, die sie nicht miteinander teilen. S. pombe hat RNAi-Maschinerie-Gene wie die von Wirbeltieren, während dies fehlt S. cerevisiae. S. cerevisiae hat auch Heterochromatin im Vergleich zu stark vereinfacht S. pombe.[17] Umgekehrt, S. cerevisiae hat gut entwickelte Peroxisomen, während S. pombe nicht.
  • S. cerevisiae hat ein kleines Punktzentromer von 125 bp und sequenzdefinierte Replikationsursprünge von ungefähr derselben Größe. Umgekehrt, S. pombe hat große, sich wiederholende Zentromere (40–100 kb), die Säugetierzentromeren ähnlicher sind, und degenerierte Replikationsursprünge von mindestens 1 kb.

S. pombe-Wege und zelluläre Prozesse[edit]

S. pombe Genprodukte (Proteine ​​und RNAs) sind an vielen zellulären Prozessen beteiligt, die im gesamten Leben gemeinsam sind. Das Spalthefe GO schlank bietet einen kategorischen Überblick auf hoher Ebene über die biologische Rolle aller S. pombe-Genprodukte.[7]

Lebenszyklus[edit]

Die Spalthefe ist ein einzelliger Pilz mit einem einfachen, vollständig charakterisierten Genom und einer schnellen Wachstumsrate. Es wird seit langem in der Brau-, Back- und Molekulargenetik eingesetzt. S. pombe ist eine stabförmige Zelle mit einem Durchmesser von ungefähr 3 um, die vollständig durch Dehnung an den Enden wächst. Nach der Mitose erfolgt die Teilung durch die Bildung eines Septums oder einer Zellplatte, die die Zelle in ihrem Mittelpunkt spaltet.

Die zentralen Ereignisse der Zellreproduktion sind Chromosomenduplikationen, die in der S-Phase (synthetisch) stattfinden, gefolgt von Chromosomensegregation und Kernteilung (Mitose) und Zellteilung (Zytokinese), die zusammen als M-Phase (Mitotik) bezeichnet werden. G1 ist die Lücke zwischen M- und S-Phasen und G2 ist die Lücke zwischen S- und M-Phasen. In der Spalthefe ist die G2-Phase besonders verlängert, und die Zytokinese (Tochter-Zell-Segregation) findet erst statt, wenn eine neue S-Phase (synthetisch) gestartet wird.

Spalthefe steuert die Mitose durch Mechanismen, die denen bei mehrzelligen Tieren ähnlich sind. Es vermehrt sich normalerweise in einem haploiden Zustand. Wenn sie ausgehungert sind, verschmelzen Zellen entgegengesetzter Paarungstypen (P und M) zu einer diploiden Zygote, die sofort in die Meiose eintritt und vier haploide Sporen erzeugt. Wenn sich die Bedingungen verbessern, keimen diese Sporen und produzieren proliferierende haploide Zellen.[18]

  • Allgemeine Merkmale des Zellzyklus.

  • Der besondere Zellzyklus einer Spalthefe.

  • Teilungsstufen von Schizosaccharomyces in der Hell- und Dunkelfeldlichtmikroskopie

Zytokinese[edit]

Zytokinese der Spalthefe.

Die allgemeinen Merkmale der Zytokinese werden hier gezeigt. Der Ort der Zellteilung wird vor der Anaphase bestimmt. Die Anaphasenspindel (in der Abbildung grün dargestellt) wird dann so positioniert, dass sich die getrennten Chromosomen auf gegenüberliegenden Seiten der vorgegebenen Spaltungsebene befinden.

Größenkontrolle[edit]

Die Zellzykluslänge der Spalthefe hängt von den Nährstoffbedingungen ab.

In Spalthefe, in der das Wachstum das Fortschreiten durch G2 / M steuert, verursacht eine wee1-Mutation einen Eintritt in die Mitose mit einer ungewöhnlich geringen Größe, was zu einem kürzeren G2 führt. G1 wird verlängert, was darauf hindeutet, dass das Fortschreiten durch Start (Beginn des Zellzyklus) auf Wachstum reagiert, wenn die G2 / M-Kontrolle verloren geht. Darüber hinaus wachsen Zellen unter schlechten Nährstoffbedingungen langsam und brauchen daher länger, um sich zu verdoppeln und zu teilen. Niedrige Nährstoffwerte setzen auch die Wachstumsschwelle zurück, so dass die Zelle mit einer kleineren Größe den Zellzyklus durchläuft. Bei Belastung [heat (40 °C) or the oxidizing agent hydrogen peroxide] S. pombe Zellen altern, gemessen an einer erhöhten Zellteilungszeit und einer erhöhten Wahrscheinlichkeit des Zelltods.[19] Schließlich sind wee1-Mutantenspaltungshefezellen kleiner als Wildtypzellen, brauchen aber genauso lange, um den Zellzyklus zu durchlaufen. Dies ist möglich, weil kleine Hefezellen langsamer wachsen, dh ihre hinzugefügte Gesamtmasse pro Zeiteinheit ist kleiner als die normaler Zellen.

Es wird angenommen, dass ein räumlicher Gradient die Zellgröße und den mitotischen Eintritt in die Spalthefe koordiniert.[20][21][22]

Die Pom1-Proteinkinase (grün) befindet sich im Zellcortex mit der höchsten Konzentration an den Zellspitzen. Die Zellzyklusregulatoren Cdr2, Cdr1 und Wee1 befinden sich in kortikalen Knoten in der Mitte der Zelle (blaue und rote Punkte). a) In kleinen Zellen erreicht der Pom1-Gradient die meisten kortikalen Knoten (blaue Punkte). Pom1 hemmt Cdr2, verhindert, dass Cdr2 und Cdr1 Wee1 hemmen, und ermöglicht es Wee1, Cdk1 zu phosphorylieren, wodurch die Aktivität der Cyclin-abhängigen Kinase (CDK) inaktiviert und der Eintritt in die Mitose verhindert wird. b) In langen Zellen erreicht der Pom1-Gradient die kortikalen Knoten (rote Punkte) nicht und daher bleiben Cdr2 und Cdr1 in den Knoten aktiv. Cdr2 und Cdr1 hemmen Wee1, verhindern die Phosphorylierung von Cdk1 und führen dadurch zur Aktivierung von CDK und zum mitotischen Eintritt. (In diesem vereinfachten Diagramm sind mehrere andere Regulatoren der CDK-Aktivität weggelassen.)

Paarungsschaltung[edit]

Die Spalthefe wechselt den Paarungstyp durch ein replikationsgekoppeltes Rekombinationsereignis, das während der S-Phase des Zellzyklus stattfindet. Die Spalthefe nutzt die intrinsische Asymmetrie des DNA-Replikationsprozesses, um den Paarungstyp zu wechseln. Es war das erste System, bei dem gezeigt wurde, dass die Replikationsrichtung für die Änderung des Zelltyps erforderlich ist. Studien des Vermittlungssystems vom Paarungstyp führten zur Entdeckung und Charakterisierung einer ortsspezifischen Replikationsabbruchstelle RTS1, einer ortsspezifischen Replikationspausenstelle MPS1 und eines neuartigen chromosomalen Abdrucks, der eine der Schwesterchromatiden bei der Paarung markiert -typ locus mat1. Darüber hinaus hat die Arbeit an der stillgelegten Spenderregion zu großen Fortschritten beim Verständnis der Bildung und Aufrechterhaltung von Heterochromatin geführt.[23]

Reaktionen auf DNA-Schäden[edit]

Schizosaccharomyces pombe ist ein fakultativer sexueller Mikroorganismus, der sich paaren kann, wenn die Nährstoffe begrenzt sind.[24] Exposition von S. pombe Wasserstoffperoxid, ein Mittel, das oxidativen Stress verursacht, der zu oxidativen DNA-Schäden führt, induziert stark die Paarung und Bildung meiotischer Sporen.[25] Dieser Befund legt nahe, dass Meiose und insbesondere meiotische Rekombination eine Anpassung zur Reparatur von DNA-Schäden darstellen können.[citation needed] Diese Ansicht wird durch die Feststellung gestützt, dass einzelne Basenläsionen vom Typ dU: dG in der DNA von S. pombe stimulieren die meiotische Rekombination.[26] Diese Rekombination erfordert Uracil-DNA-Glycosylase, ein Enzym, das Uracil aus dem DNA-Rückgrat entfernt und die Reparatur der Basenexzision initiiert. Auf der Grundlage dieses Befundes wurde vorgeschlagen, dass die Reparatur der Basenexzision entweder einer Uracilbase, einer basischen Stelle oder eines Einzelstrangnicks ausreicht, um die Rekombination in S. pombe zu initiieren.[26] Andere Experimente mit S. pombe zeigten, dass eine fehlerhafte Verarbeitung von DNA-Replikationszwischenprodukten, dh Okazaki-Fragmenten, DNA-Schäden wie Einzelstrang-Kerben oder -Lücken verursacht und dass diese die meiotische Rekombination stimulieren.[27]

Als Modellsystem[edit]

Spalthefe ist zu einem bemerkenswerten Modellsystem geworden, um die Grundprinzipien einer Zelle zu untersuchen, mit denen komplexere Organismen wie Säugetiere und insbesondere Menschen verstanden werden können.[28][29] Dieser einzellige Eukaryot ist nicht pathogen und kann im Labor leicht gezüchtet und manipuliert werden.[30][31] Spalthefe enthält eines der kleinsten Gene einer bekannten Genomsequenz für einen Eukaryoten und hat nur drei Chromosomen im Genom.[32] Viele der Gene, die für die Zellteilung und die zelluläre Organisation in Spalthefezellen verantwortlich sind, befinden sich auch im Genom des Menschen.[30][31][33] Die Regulation und Teilung des Zellzyklus ist entscheidend für das Wachstum und die Entwicklung jeder Zelle. Die konservierten Gene der Spalthefe wurden eingehend untersucht und sind der Grund für viele neuere biomedizinische Entwicklungen.[34][35] Spalthefe ist auch ein praktisches Modellsystem zur Beobachtung der Zellteilung, da Spalthefen zylindrisch geformte einzellige Eukaryoten sind, die sich durch mediale Spaltung teilen und vermehren.[30] Dies kann unter Verwendung von Mikroskopie leicht gesehen werden. Spalthefe hat auch eine extrem kurze Generationszeit von 2 bis 4 Stunden, was es auch zu einem einfachen Modellsystem macht, im Labor zu beobachten und zu wachsen[31] Die Einfachheit der Spalthefe in der Genomstruktur, jedoch Ähnlichkeiten mit dem Genom von Säugetieren, die leichte Manipulationsfähigkeit und die Fähigkeit zur Verwendung für die Arzneimittelanalyse sind der Grund, warum Spalthefe viele Beiträge zur biomedizinischen und zellbiologischen Forschung leistet und ein Modellsystem für die genetische Analyse darstellt.[31][24][29][36][37]

Genom[edit]

Schizosaccharomyces pombe wird häufig verwendet, um die Zellteilung und das Zellwachstum zu untersuchen, da konservierte Genomregionen auch beim Menschen auftreten, darunter: Heterochromatin-Proteine, große Replikationsursprünge, große Zentromere, konservierte zelluläre Kontrollpunkte, Telomerfunktion, Genspleißen und viele andere zelluläre Prozesse.[32][38][39]S. pombe‘Das Genom von s wurde 2002 vollständig sequenziert, das sechste eukaryotische Genom, das im Rahmen des Genomprojekts sequenziert wurde. Schätzungsweise 4.979 Gene wurden in drei Chromosomen entdeckt, die etwa 14 MB DNA enthielten. Diese DNA ist in 3 verschiedenen Chromosomen im Kern mit Lücken in den zentromeren (40 kb) und telomeren (260 kb) Regionen enthalten.[32] Nach der anfänglichen Sequenzierung des Genoms der Spalthefe wurden andere frühere nicht sequenzierte Regionen der Gene sequenziert. Die strukturelle und funktionelle Analyse dieser Genregionen kann in großen Spalthefedatenbanken wie PomBase gefunden werden.[40]

43 Prozent der Gene im Genomprojekt enthielten Introns in 4.739 Genen. Spalthefe hat im Vergleich zu Knospenhefe nicht so viele doppelte Gene, sie enthält nur 5%. Dies macht Spalthefe zu einem großartigen Modellgenom für die Beobachtung und gibt Forschern die Möglichkeit, funktionellere Forschungsansätze zu entwickeln. S. pombe‘s mit einer großen Anzahl von Introns bietet die Möglichkeit, die Anzahl der Proteintypen zu erhöhen, die durch alternatives Spleißen und Gene hergestellt werden, die für vergleichbare Gene beim Menschen kodieren.[32]

81% der drei Zentromere in Spalthefe wurden sequenziert. Die Längen der drei Zentromere betrugen 34, 65 und 110 kb. Dies ist 300- bis 100-mal länger als die Zentromere der Knospenhefe. Ein extrem hohes Konservierungsniveau (97%) wird auch in den DGS-Regionen des Zentromers über einer Region von 1.780 bp beobachtet. Diese Verlängerung der Zentromere und ihrer konservativen Sequenzen macht die Spalthefe aufgrund ihrer Ähnlichkeit zu einem praktischen Modellsystem zur Beobachtung der Zellteilung und beim Menschen.[32][41][42]

PomBase[7][43] Berichten zufolge haben über 69% der Protein-kodierenden Gene menschliche Orthologe und über 500 davon im Zusammenhang mit menschlichen Krankheiten . Das macht S. pombe Ein großartiges System zur Untersuchung menschlicher Gene und Krankheitswege, insbesondere von Zellzyklus- und DNA-Checkpoint-Systemen.[42][44][45][46]

Genetische Vielfalt[edit]

Die Biodiversitäts- und Evolutionsstudie der Spalthefe wurde an 161 Schizosaccharomyces pombe-Stämmen aus 20 Ländern durchgeführt.[47] Die Modellierung der Evolutionsrate zeigte, dass alle Stämme von einem gemeinsamen Vorfahren abstammen, der seit ~ 2.300 Jahren lebt. Die Studie identifizierte auch einen Satz von 57 Stämmen von Spalthefe, die sich jeweils um ≥ 1.900 SNPs unterschieden.[47] und alle nachgewiesenen 57 Stämme von Spalthefe waren prototrop (in der Lage, auf demselben Minimalmedium wie der Referenzstamm zu wachsen).[47] Eine Reihe von Studien zum S. pombe-Genom stützen die Idee, dass die genetische Vielfalt von Spalthefestämmen etwas geringer ist als die von Knospenhefe.[47] Tatsächlich treten bei der Proliferation in verschiedenen Umgebungen nur begrenzte Variationen von S. pombe auf. Darüber hinaus ist das Ausmaß der phänotypischen Variation, die in Spalthefe segregiert, geringer als das bei S. cerevisiae beobachtete.[48] Da die meisten Spalthefestämme aus gebrauten Getränken isoliert wurden, gibt es keinen ökologischen oder historischen Kontext für diese Verbreitung.

Zellzyklusanalyse[edit]

Die DNA-Replikation in Hefe wurde von vielen Forschern zunehmend untersucht. Ein besseres Verständnis der DNA-Replikation, der Genexpression und der konservierten Mechanismen in Hefen kann Forschern Informationen darüber liefern, wie diese Systeme in Säugetierzellen im Allgemeinen und in menschlichen Zellen im Besonderen funktionieren.[39][49][50][51] Andere Stadien wie Zellwachstum und Alterung werden auch in Hefen beobachtet, um diese Mechanismen in komplexeren Systemen zu verstehen.[33][52][53][54]

S. pombe stationäre Phasenzellen altern chronologisch aufgrund der Produktion reaktiver Sauerstoffspezies, die DNA-Schäden verursachen. Die meisten dieser Schäden können normalerweise durch DNA-Basen-Exzisionsreparatur und Nukleotid-Exzisionsreparatur repariert werden.[55] Fehler in diesen Reparaturprozessen führen zu einer verringerten Überlebensrate.

Die Zytokinese ist eine der Komponenten der Zellteilung, die häufig in Spalthefen beobachtet wird. Gut konservierte Bestandteile der Zytokinese werden in Spalthefe beobachtet und ermöglichen es uns, verschiedene genomische Szenarien zu betrachten und Mutationen zu lokalisieren.[45][56][57] Die Zytokinese ist ein permanenter Schritt und sehr wichtig für das Wohlbefinden der Zelle.[58] Insbesondere die kontraktile Ringbildung wird von Forschern intensiv untersucht S. pombe als Modellsystem. Der kontraktile Ring ist sowohl in der Spalthefe als auch in der menschlichen Zytokinese hoch konserviert.[45] Mutationen in der Zytokinese können zu vielen Fehlfunktionen der Zelle führen, einschließlich Zelltod und Entwicklung von Krebszellen.[45] Dies ist ein komplexer Prozess in der menschlichen Zellteilung, aber in S. pombe Einfachere Experimente können zu Ergebnissen führen, die dann für die Forschung in Modellsystemen höherer Ordnung wie dem Menschen verwendet werden können.

Eine der Sicherheitsvorkehrungen, die die Zelle trifft, um eine genaue Zellteilung sicherzustellen, ist der Zellzyklusprüfpunkt.[59][60] Diese Kontrollpunkte stellen sicher, dass alle Mutagene eliminiert werden.[61] Dies geschieht häufig durch Relaissignale, die die Ubiquitinierung der Ziele stimulieren und die Zytokinese verzögern.[32] Ohne solche mitotischen Kontrollpunkte werden Mutagene erzeugt und repliziert, was zu einer Vielzahl von zellulären Problemen führt, einschließlich Zelltod oder Tumorentstehung bei Krebszellen. Paul Nurse, Leland Hartwell und Tim Hunt wurden 2001 mit dem Nobelpreis für Physiologie oder Medizin ausgezeichnet. Sie entdeckten wichtige konservierte Kontrollpunkte, die für eine ordnungsgemäße Zellteilung entscheidend sind. Diese Befunde wurden mit Krebs und erkrankten Zellen in Verbindung gebracht und sind ein bemerkenswerter Befund für die Biomedizin.[62]

Forscher, die Spalthefe als Modellsystem verwenden, untersuchen auch die Dynamik und Reaktionen der Organellen und die möglichen Korrelationen zwischen Hefezellen und Säugetierzellen.[63][64] Mitochondrienerkrankungen und verschiedene Organellensysteme wie der Golgi-Apparat und das endoplasmatische Retikulum können durch Beobachtung der Chromosomendynamik der Spalthefe sowie der Proteinexpressionsniveaus und -regulation besser verstanden werden.[46][50][65][66][67][68]

Biomedizinisches Werkzeug[edit]

Bei der Verwendung von Spalthefe als Modellsystem gibt es jedoch Einschränkungen: die Resistenz gegen mehrere Arzneimittel. “Die MDR-Reaktion beinhaltet die Überexpression von zwei Arten von Arzneimittel-Efflux-Pumpen, der ATP-Bindungskassetten (ABC) -Familie … und der Hauptförderer-Superfamilie.”[34] Paul Nurse und einige seiner Kollegen haben kürzlich erstellt S. pombe Stämme, die gegenüber chemischen Inhibitoren und gängigen Sonden empfindlich sind, um festzustellen, ob es möglich ist, Spalthefe als Modellsystem für die chemische Arzneimittelforschung zu verwenden.[34]

Zum Beispiel hat Doxorubicin, ein sehr verbreitetes chemotherapeutisches Antibiotikum, viele nachteilige Nebenwirkungen. Die Forscher suchen nach Wegen, um die Wirkungsweise von Doxorubicin besser zu verstehen, indem sie die mit Resistenz verbundenen Gene unter Verwendung von Spalthefe als Modellsystem beobachten. Es wurden Zusammenhänge zwischen den nachteiligen Nebenwirkungen von Doxorubicin und dem Chromosomenstoffwechsel und dem Membrantransport festgestellt. In der Biotechnologie werden jetzt Stoffwechselmodelle für das Wirkstoff-Targeting verwendet, und mit dem Spalthefe-Modellsystem werden in Zukunft weitere Fortschritte erwartet.[35]

Experimentelle Ansätze[edit]

Spalthefe ist leicht zugänglich, leicht zu züchten und zu Mutanten zu manipulieren und kann entweder in einem haploiden oder diploiden Zustand gehalten werden. S. pombe ist normalerweise eine haploide Zelle, aber wenn sie unter stressigen Bedingungen, normalerweise Stickstoffmangel, eingesetzt werden, konjugieren zwei Zellen, um ein Diploid zu bilden, das später vier Sporen innerhalb eines Tetraden-Ascus bildet.[31] Dieser Prozess ist unter jedem Mikroskop leicht sichtbar und beobachtbar und ermöglicht es uns, die Meiose in einem einfacheren Modellsystem zu betrachten, um zu sehen, wie dieses Phänomen funktioniert.

Praktisch jedes genetische Experiment oder jede genetische Technik kann daher auf dieses Modellsystem angewendet werden, wie z. B.: Tetradendissektion, Mutagenanalyse, Transformationen und Mikroskopietechniken wie FRAP und FRET. Neue Modelle wie Tauziehen (gTOW) werden ebenfalls verwendet, um die Robustheit der Hefe zu analysieren und die Genexpression zu beobachten. Die Herstellung von Knock-In- und Knock-Out-Genen ist ziemlich einfach, und da das Genom der Spalthefe sequenziert wird, ist diese Aufgabe sehr zugänglich und bekannt.[69][70]

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

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Externe Links[edit]


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