Molekulární a buněčná biologie kvasinkových populací, interakce, signalizace a diferenciace
Nové poznatky o regulaci aktivity transkripčního faktoru Gcn4 v prostorově strukturovaných populacích kvasinek
Rychlá reakce buněk kvasinek i savců na měnící se prostředí je důležitým předpokladem jejich přežití. Transkripční faktor Gcn4p pomáhá kvasinkovým buňkám rychle reagovat na dostupnost aminokyselin v prostředí a odpovídajícím způsobem přizpůsobit jejich metabolismus. Aktivitu tohoto faktoru lze regulovat na úrovni jeho translace a stability. V práci publikované v časopise mBio vědecké týmy Zdeny Palkové (Přírodovědecká fakulta UK, BIOCEV) a Libuše Váchové (Mikrobiologický ústav AV ČR, BIOCEV) prokázaly mechanismus regulace aktivity Gcn4p, který je důležitý pro koordinovanou interakci buněk a jejich diferenciaci a je jedinečný pro prostorově strukturované populace kvasinek, tedy pro formu existence kvasinek převažující v přirozených podmínkách.
Gcn4p je konzervovaný transkripční faktor rodiny AP-1, která se podílí na regulaci mnoha buněčných procesů, včetně buněčné proliferace a stárnutí, reakce na stres a dostupnosti živin u kvasinek a savců. V tekutých kulturách sestávajících z uniformních kvasinkových buněk se aktivita Gcn4p zvyšuje při nedostatku aminokyselin a je rychle eliminována při nadbytku aminokyselin. Hlavním regulátorem syntézy Gcn4p je zde proteinkináza Gcn2p, která přenáší signál o nutričním stresu a iniciuje tak translaci mRNA GCN4.
V této práci jsme prokázali aktivitu Gcn4p specifickou pro prostorově přesně lokalizovanou subpopulaci vitálních U buněk ve strukturovaných kvasinkových koloniích. Překvapivě tento transkripční faktor nebyl aktivní v jiných buňkách kolonie, včetně subpopulace hladovějících L buněk. Pomocí kombinace in situ mikroskopie a rozsáhlých analýz modifikovaných kmenů jsme zjistili, že buněčně specifická aktivita Gcn4p je určena posttranslační regulací, která závisí na rozdílné proteasomální degradaci jaderného Gcn4p v různých typech buněk diferencovaných kolonií.
Tato regulace, která je nezávislá na Gcn2p kináze nebo jiné transkripční nebo translační regulaci, má za následek stabilizaci a zvýšenou aktivitu Gcn4p v přítomnosti aminokyselin, zatímco k jeho degradaci dochází při nedostatku aminokyselin. Tato regulace se v některých aspektech podobá regulaci savčího orthologu Gcn4p, transkripčního faktoru ATF4, za specifických podmínek regulace inzulínem.
Reference: Váchová L, Plocek V, Maršíková J, Rešetárová S, Hatáková L, Palková Z. (2024) Differential stability of Gcn4p controls its cell-specific activity in differentiated yeast colonies. mBio 15: e0068924 doi: 10.1128/mbio.00689-24.
