酵母の方向感覚を可能にするレシオメトリックGPCRシグナリング

Ratiometric GPCR signaling enables directional sensing in yeast.

• Nicholas T Henderson
• Michael Pablo
• Debraj Ghose
• Manuella R Clark-Cotton
• Trevin R Zyla
• James Nolen
• Timothy C Elston
• Daniel J Lew

抄録

細胞外化学勾配の正確な検出は、多くの細胞の挙動に不可欠である。細胞外化学勾配の正確な検出は、細胞外化学勾配の正確な検出に不可欠であるが、細胞外化学勾配の検出は小細胞にとっては困難である。それにもかかわらず、酵母サッカロミセス・セレビシエの小さな細胞は、細胞外フェロモンの勾配を確実に解読して仲間を見つけることができる。我々は、極性因子とフェロモン受容体の挙動をイメージングすることで、交尾時の最初の極性化の正確さを定量化した。その結果、細胞は受容体が不均一に分布しているにもかかわらず、初期極性の向きを上向きに偏らせていることがわかった。受容体の密度が不均一であるということは、リガンド結合受容体の勾配が外部フェロモン勾配を正確に反映していないことを意味する。それにもかかわらず、酵母細胞は、単にリガンド結合受容体の濃度ではなく、占有された受容体の割合に応答することによって、誤認されることを避けているように見える。このようなレシオメトリックセンシングはまた、活性Ｇタンパク質の勾配を増幅するのに役立つ。しかしながら、このプロセスは非常に誤差が生じやすく、初期誤差は、極性クラスターが不規則な移動挙動を示す後続の優柔不断な段階の間に修正される。

Accurate detection of extracellular chemical gradients is essential for many cellular behaviors. Gradient sensing is challenging for small cells, which can experience little difference in ligand concentrations on the up-gradient and down-gradient sides of the cell. Nevertheless, the tiny cells of the yeast Saccharomyces cerevisiae reliably decode gradients of extracellular pheromones to find their mates. By imaging the behavior of polarity factors and pheromone receptors, we quantified the accuracy of initial polarization during mating encounters. We found that cells bias the orientation of initial polarity up-gradient, even though they have unevenly distributed receptors. Uneven receptor density means that the gradient of ligand-bound receptors does not accurately reflect the external pheromone gradient. Nevertheless, yeast cells appear to avoid being misled by responding to the fraction of occupied receptors rather than simply the concentration of ligand-bound receptors. Such ratiometric sensing also serves to amplify the gradient of active G protein. However, this process is quite error-prone, and initial errors are corrected during a subsequent indecisive phase in which polarity clusters exhibit erratic mobile behavior.