Entschlüsselung der Rolle von Redox-Signalen bei der Kopplung zwischen oszillierenden Stoffwechsel und Zellteilung

• Antragsteller: Professor Dr. Bruce Morgan
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505680640

Unter bestimmten Chemostat-Wachstumsbedingungen synchronisieren sich Hefezellpopulationen spontan zu anhaltenden metabolischen Oszillationen, die eng mit dem Zellwachstum und der Zellteilung verbunden zu sein scheinen. Dieses oszillierende Verhalten wird als Hefemetabolischer Zyklus (YMC) bezeichnet. Interessanterweise haben unser Labor und andere kürzlich gezeigt, dass metabolische Oszillationen auch ohne Zellteilung fortbestehen und sogar wichtig für den Eintritt in den und den Austritt aus dem Zellzyklus zu sein scheinen. Darüber hinaus haben wir gezeigt, dass Redox-Signale an der Entstehung eines stabilen kollektiven metabolischen Oszillationsverhaltens und an der Kopplung des oszillierenden Stoffwechselzustands an die Zellteilung im Rahmen des YMC beteiligt sind (Labor Morgan). Jüngste Studien, einschließlich umfangreicher vorläufiger Experimente des Charvin-Labors, zeigen die Existenz von Stoffwechsel-, Redox-Signalisierungs- und Proteinkinase-A-Aktivitäts-Oszillationen auf Einzelzellebene. In Übereinstimmung mit dem YMC können diese Oszillationen an die Zellteilung gekoppelt sein und scheinen für die Regulierung des Eintritts und Austritts aus dem Zellzyklus wichtig zu sein, können aber auch unabhängig von der Zellteilung bestehen. Es ist jedoch unklar, ob die auf der Ebene der einzelnen Zelle beobachteten Stoffwechselzyklen denen entsprechen, die in YMC-synchronisierten Populationen beobachtet werden. Die mechanistische Grundlage der Stoffwechselzyklen in beiden Systemen ist völlig unbekannt, und die genauen kausalen Zusammenhänge, Überschneidungen und Wechselwirkungen zwischen Stoffwechselzyklen und Zellteilung sind nach wie vor schwer zu erkennen. Nun werden die Labors von Morgan und Charvin ihr Fachwissen kombinieren, um eine neuartige Methodik zu entwickeln, die dynamische Messungen auf Populationsebene mit mikrofluidischer Einzelzellverfolgung verbindet. Durch die Kombination unserer Expertise in der Hefegenetik, neuartiger genetisch kodierter Redox-Sensoren, quantitativer Live-Zell-Bildgebung, Mikrofluidik und Chemostat-Kulturen werden wir die Heterogenität von Populationen in Bezug auf Stoffwechselzyklen und Zellteilung mit einer bisher unerreichten räumlichen und zeitlichen Auflösung aufklären. Darüber hinaus werden wir die Rolle der Redox-Signalübertragung und der Aktivität der Proteinkinase A bei der Kopplung von Zellteilung und oszillierendem Stoffwechsel untersuchen. Durch die Kombination unserer Ansätze mit computergestützten Analysen werden wir wichtige Schritte zur Entschlüsselung der grundlegenden Prinzipien unternehmen, die das Entstehen von Stoffwechseloszillationen steuern, ihre potenziellen Fitnessvorteile unter schwankenden Umweltbedingungen aufklären und ihre Bedeutung für die Zellteilung verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Großgeräte: Optical parts for in house imaging system
• Gerätegruppe: 5040 Spezielle Mikroskope (außer 500-503)
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Professor Dr. Gilles Charvin