세포주기

자연 대사(2023)이 기사 인용

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아미노산 항상성은 많은 세포 과정에 중요합니다. 소기관과 세포질 사이에 생성된 pH 구배를 사용하여 아미노산이 구획화된다는 것이 잘 확립되어 있습니다. 그러나 이 분할의 역학은 탐구되지 않았습니다. 여기에서 우리는 매우 민감한 pH 리포터를 개발하고 리소좀과 유사한 액포인 Saccharomyces cerevisiae의 주요 아미노산 저장 구획이 세포 분열 전에 알칼리화되고 세포 분열에 따라 다시 산성화된다는 것을 발견했습니다. 액포 pH 역학은 세포외 아미노산의 흡수와 TORC1, v-ATPase의 활성 및 액포 특정 지질 포스파티딜이노시톨 3,5-비스포스페이트의 순환을 필요로 하며, 이는 사이클린 의존성 키나제 Pho85(포유류의 CDK5)에 의해 조절됩니다. . 액포 pH 조절은 미토콘드리아 기능, 리보솜 항상성 및 세포 크기 조절에 중요한 소기관으로부터 아미노산 격리 및 동원을 가능하게 합니다. 종합적으로, 우리의 데이터는 세포 성장/분열 동안 동적 pH 의존성 아미노산 구획화를 사용하기 위한 새로운 패러다임을 제공합니다.

효모 리소좀과 유사한 액포는 주요 분해 소기관이자 영양분이 과잉되고 부족한 시기에 세포 건강에 필수적인 대사산물, 아미노산 및 이온의 저장 장소입니다1. 리소좀/액포 내 거대분자 분해 및 대사산물 저장은 세포질에 비해 산성 내강의 유지를 필요로 하며, 이는 주로 고도로 보존된 ATP 의존성 양성자 펌핑 액포 ATPase(v-ATPase)에 의해 달성됩니다. v-ATPase 활성의 조절은 액포를 기능화하여 세포에 대한 증식 결정을 내립니다. 마스터 성장 조절제인 TORC1과의 상호 관계를 통해 액포는 해당과정 흐름 및 질소 가용성과 같은 다양한 대사 신호를 통합하여 동화작용 또는 이화작용 세포 경로를 제정합니다2. 따라서 v-ATPase, 액포 pH 및 TORC1 신호의 조절은 세포 대사의 다양한 측면을 읽어 성장/비성장 결정을 내리기 위해 기능적으로 얽혀 있습니다.

세포 증식 결정을 조절하는 액포의 중요한 기능은 아미노산을 저장하는 능력에 의해 발생합니다. 특히, 액포 아미노산 구획화 정도는 특정 종류의 아미노산에 따라 매우 구체적입니다. 효모에서는 세포 내 기본 아미노산의 약 90%와 산성 아미노산의 10%가 액포에 저장되는 반면, 다른 모든 종류의 아미노산은 적당히 농축되어 있습니다3.

영양이 풍부한 조건에서 세포 성장 동안 개별 아미노산 구획화의 기능적 중요성은 잘 이해되지 않습니다. 그러나 조절되지 않은 구획화의 한 가지 결과가 최근에 나타났습니다. 효모 세포가 노화됨에 따라 액포 pH가 증가하고 세포질 시스테인 수준이 증가하며, 이는 철-황 클러스터 생물 발생 및 중요한 활동을 수행하는 소기관의 능력을 변경하여 미토콘드리아 기능에 영향을 미칩니다4,5. 미토콘드리아 기능에 대한 액포 pH 의존성 시스테인 구획화의 중요성에 대한 이러한 통찰력은 노화 동안 세포소기관 항상성의 상호 연결성을 강조하지만 기하급수적으로 성장하는 젊은 세포에서 다양한 종류의 아미노산 구획화에 대한 역할이 있는지에 대한 의문을 제기합니다.

기아, 삼투압 충격 또는 노화와 같은 세포 스트레스 요인의 조건에서 액포 산도 및 대사 산물 저장의 조절에 관한 많은 세부 사항이 발견되었지만 일정한 성장 조건에서 액포 pH 항상성의 역학은 분자 도구가 부족하여 탐구되지 않았습니다. . 특히, 높은 시간적 분해능과 감도로 장기간에 걸쳐 단일 효모 세포의 액포 pH 역학을 관찰하는 것은 불가능했습니다.

여기에서 우리는 액포 pH 조절, 세포 아미노산 항상성 및 효모의 세포주기의 상호 연결성을 탐구했습니다. 우리는 액포 내강의 낮은 pH에 최적화된 새로운 형광 리포터를 개발하고 이를 사용하여 특정 아미노산이 있는 상태에서 성장하는 세포에서 이전에 인정받지 못했던 액포 pH의 세포 주기 관련 조절을 발견했습니다. 우리는 이러한 역학을 조절하는 몇 가지 고도로 보존된 분자 경로를 확인하고 TORC1과 v-의 활성을 조정하는 데 중요한 것으로 알려진 액포 지질 포스파티딜이노시톨 3,5-비스포스페이트(PtdIns(3,5)P2)의 순환에 대한 증거를 제공합니다. ATPase. 또한, 우리는 이러한 pH 변화가 액포 내 아미노산 축적 및 방출을 제어한다는 것을 보여주었습니다. 영양이 풍부한 조건에서 동적 액포 pH 알칼리화를 차단하면 세포질 아르기닌 생합성 유전자가 상향 조절되고 그에 따라 미토콘드리아 산화 인산화 및 리보솜 유전자가 하향 조절됩니다. 표현형적으로, 이는 딸세포가 생성되는 크기와 새로운 DNA 합성 라운드를 시작하기 전에 G1에서 소비하는 시간의 조절 장애로 이어집니다.