Buněčná morfogeneze v kontextu cyklu

Ústřední hodiny buněčného cyklu centrální oscilátor („cell cycle engine“) vstupy výstupy velikost signály poškození ... gen. exprese morfogeneze ...

Jak se dělá tvar buňky? buňky bez stěny: pohyb, restrukturace (i rychlá) buňky se stěnou: růst, případně pomalé přestavby stěny

Typy buněčného růstu isodiametrická expanze polární růst vrcholový růst (tip growth)

Příklady vrcholového růstu: (časný) pupen kvasinky pylová láčka růstový kužel neuronu???

Mechanismy orientovaného růstu buněk depozice nového materiálu buněčných povrchů (membrána, stěna) - exocytóza, pohyb váčků, sekrece ... referát … orientovaná povaha těchto procesů: cytoskelet, molekulární motory, … obojí těsně spřaženo: malé GTPázy

Funkční cyklus malé GTPázy GDP P G T D GDI GEF GAP membrane protein synthesis g e r a n y l t i o GGTaseII REP cytoplasm t n r e o t m p t r e a c p c a m o c donor secretory compartment vesicle

Fylogeneze malých GTPáz Rho/Rac/Cdc42 (cytoskelet) Rab (sekreční dráha) (Jekely 2003)

Malé GTPázy v pylu tabáku: je jich hodně ... Žárský and Cvrčková, in: Molecular mechanisms of signalling and membrane transport, K.Wirtz, ed., Springer, 1997, p. 75-88

... a jsou důležité pylová láčka lilie po injekci inhibitoru GDP-b-S (M. Eliáš)

Rho GTPázy řídí mj. „cytoskeletální“ funkce asociace s organizací aktinu a jinými morfogenetickými ději (syntéza stěny u kvasinek); stresová odpověď podtřídy Rho, Rac, Cdc42 u živočichů, Rho a Cdc42 u kvasinek, Rop u rostlin fyziologické funkce: pučení kvasinek, růst pylových láček, odpověď na ABA

Osudy aktinu v BC kvasinky (L. Pon lab) (Surana and Balasubramanian 2000)

Regulace struktury aktin Regulace struktury aktin. cytoskeletu: přes dynamiku filamentů a nukleaci Arp2/3 complex forminy (FH2)

Vznik kabelů řízen forminy (Bni1, Bnr1) in vitro nukleace

Septiny – „neck filaments“ difusní bariéra, hranice pupene ... (GTP-binding, opisthokontní specifikum?)

Septiny pučivé kvasinky Vegetativní BC: Cdc3, 10, 11, 12, Sep7/Shs1 Sporulace: Cdc3, 10, 11, Spr3, Spr28 (cdc42 GAPs etc...) cdc3, 10, 11, 12

Dynamika septinů v BC degradace CLB

Arrest with high Clb/Cdc28p activity maintains neck-localized septins ... kontrola CDK! Gladfelter, A. S. et al. J Cell Sci 2005;118:1617-1628

Sekreční dráha a exocytosa – provoz váčků Sec mutace (P. Novick)

Mechanismus fúze váčků Soluble NSF Attachment Protein + SNAREs

Regulace sekreční dráhy - Rab GTPázy asociace s membránovými transportními váčky různé třídy pro různé transportní děje evolučně konzervativní od kvasinek přes savce po rostliny (včetně členění do podtříd)

Rab GTPázy sekreční dráhy early endosome Rab24 lysosome/vacuole Rab18,20,22 ER plasma membrane Rab7 Rab5 nucleus Rab9 late endosome Rab3,8,13 Rab1,2 Sec4 Rab11 TGN Golgi Rab6,10,12

Jak váčky trefí na místo určení? Exocyst: evolučně konzervovaný komplex

Komplex EXOCYST – interakce s GTPázami! Sec4 2 1 3 23 Rho3 Exo70 Exo84 Exo70 Sec3 Sec5 Sec6 Sec8 Sec10 Sec15 Sec6 Sec15 Sec5 Sec8 Exo84 Sec3 Sec10 Rho1/Cdc42 see e.g. Lipschutz and Mostov, Curr. Biol. 12:R212-R214, 2002

Exocyst spojuje Rab a Rho konzervace – kvasinky, živočichové úloha v polarizaci epitelií a kvasinek Rostliny také mají Exocyst!

Regulace buněčné morfogeneze cyklem (příklad kvasinky) růst pupene cytokineze pučení migrace jádra

cla2 (CLN activity dependent) ... plasmid se neztrácí v cln1-2- (Cvrčková a Nasmyth 1993)

CLA2 = BUD2 = GAP pro BUD1 (bud localization)

1 2 3

Nenáhodná volba místa pučení: závisí na MT a, a (haploid) a/a (diploid) visualizace: calcofluor (Jak kvasinka ví, kde má pučet??)

Mutace ovlivňující lokalizaci pupene BUD geny (lokalizace je nadstavba)

Lokalizace pupene může být řízena GTPázovou kaskádou paměť předchozího cyklu formin Cln3 GTPáza scaffold protein GAP GEF

... dokončení příště