Gistsignalering

Overzicht

Gisten zijn eencellige organismen, die in tegenstelling tot bacteriën eukaryoten zijn en een celkern bevatten. Celsignalering in gist is vergelijkbaar met signalering in andere eukaryotische cellen. Een ligand, zoals een eiwit of een klein molecuul buiten de gistcel, hecht zich aan een receptor op het celoppervlak. De binding stimuleert second-messenger-kinasen (enzymen die specifieke substraten fosforyleren) om transcriptiefactoren, die genexpressie reguleren, te activeren of te deactiveren. Veel van de intracellulaire signaalcascades van gist hebben vergelijkbare tegenhangers in de Homo sapiens , waardoor gist een handig model is voor het bestuderen van intracellulaire signalering bij mensen.

Signaalcascades stimuleren gistreproductie

Gisten zijn leden van het schimmelrijk. Ze gebruiken signalering voor verschillende functies, maar vooral voor reproductie. Gisten kunnen "seksuele" reproductie ondergaan met behulp van peptiden – korte aminozuurketens – die paringsferomonen heten. Gistkolonies bestaan uit zowel diploïde als haploïde cellen. Beide soorten cellen kunnen mitose ondergaan, maar alleen diploïde cellen kunnen meiose ondergaan . Wanneer diploïde cellen meiose ondergaan, ontstaan vier niet identieke haploïde cellen, sporen genaamd. De deling van een diploïde cel in vier sporen creëert in feite twee "geslachten" van gistcellen, die beiden uit twee cellen van het type MAT-a en MAT-alfa bestaan.

MAT-a-cellen scheiden paringssignalen uit, feromonen genaamd, die de MAT-alfa-cellen aantrekken en vice versa. De paringsferomonen binden zich aan G-proteïnegekoppelde receptoren op de celmembranen. Na de binding zet het G-proteïne een mitogeen-geactiveerde proteïne (MAP) kinase cascade op gang. In deze signaalcascade fosforyleert een bepaald lid van de MAP-kinase-eiwitfamilie een ander MAP-kinase, dat vervolgens een ander MAP-kinase fosforyleert, enzovoort. De kinasen fosforyleren uiteindelijk transcriptiefactoren die de expressie van bijna 200 genen veranderen om de cel gevoelig te maken voor mating. Deze veranderingen zorgen voor een verlenging van het celmembraan en het cytoplasma in de richting van het feromoon. Deze verlenging wordt een shmoo, genoemd en blijft het concentratiegradiënt van het feromeen volgen totdat het verbonden is met zijn partner. De twee gistcellen smelten samen en hun chromosomen worden gecombineerd tot een enkele diploïde cel.

Quorumsignalering in gist

Hoewel gist veel signaalmechanismen gebruikt die vergelijkbaar zijn met de signaalmechanismen van complexere meercellige organismen, is gist nog steeds een eencellige organisme dat in kolonies leeft zoals bacteriën. Net als bacteriën gebruikt gist ook quorumsignalen tussen cellen en zelfs tussen kolonies. Bij hoge celdichtheid begint gist een quorumsignaal af te scheiden dat individuele gistcellen tot kolonies aggregeert, waardoor subkolonies met gespecialiseerde functies of geografieën worden gevormd. Quorumsignalen hoeven niet te bestaan uit complexe moleculen zoals eiwitten. Gist kan ammoniak, een verbinding met een laag moleculair gewicht, produceren die dient als quorumsignaal om gistcellen te scheiden in levensvatbare zones of zones met apoptose (geprogrammeerde celdood). Ammoniak is het minst geconcentreerd aan de randen van de kolonie, waardoor cellen hier profileren. Als er voldoende ammoniak wordt geproduceerd, kan dit zowel de groei van de hele kolonie als de groei van naburige kolonies remmen.

Gist kan menselijke weefsels infecteren

Gistinfecties bij mensen zijn onder meer spruw (die pijnlijke witte plekken in de mond vormt), Candida-oesofagitis (spruw die zich uitbreidt naar de slokdarm), vaginale schimmelinfecties (die vaginale pijn, jeuk en branderig gevoel veroorzaken), jeuk aan de huid en huiduitslag inclusief voetschimmel (tinea pedis), en vele anderen. De gevaarlijkste vorm van schimmelinfectie treedt op wanneer schimmel de bloedbaan binnendringt (fungemia). Dit is een levensbedreigende aandoening. Schimmelinfecties verspreiden zich als de schimmels groeien en met elkaar signaleren zoals hierboven beschreven.