Возникновение специфических инвагинаций (эйзосом) в цитоплазматической мембране дрожжей как результат секреторных процессов: новая версия

  • Владимир Васильевич Дмитриев Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г. К. Скрябина Пущинского научного центра биологических исследований РАН, пр. Науки, 5, 142290, г. Пущино, Россия
  • Татьяна Геннадьевна Русакова Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г. К. Скрябина Пущинского научного центра биологических исследований РАН, пр. Науки, 5, 142290, г. Пущино, Россия
  • Андрей Валерьевич Мачулин Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г. К. Скрябина Пущинского научного центра биологических исследований РАН, пр. Науки, 5, 142290, г. Пущино, Россия
  • Василина Валерьевна Фарофонова Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г. К. Скрябина Пущинского научного центра биологических исследований РАН, пр. Науки, 5, 142290, г. Пущино, Россия
  • Антон Николаевич Звонарев Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г. К. Скрябина Пущинского научного центра биологических исследований РАН, пр. Науки, 5, 142290, г. Пущино, Россия

Аннотация

На основании цитобиохимических и морфометрических данных впервые показана значительная вариабельность морфологии плазмалеммы у дрожжей в различных физиологических ситуациях. Обнаружены три типа адаптивных структурно-функциональных перестроек плазмалеммы. Ультраструктурные изменения в плазматической мембране и клеточной оболочке Candida maltosa, Cryptococcus humicola и Saccharomycopsis lipolytica, происходящие при потреблении гексадекана, поверхностно-активного вещества лаурокс-9 и оливкового масла соответственно, изучены с помощью электронно-микроскопической цитохимии и криофрактографии. Отмечено, что в первые часы инкубации (лаг-фаза) в цитоплазматических мембранах этих дрожжей появляются специфические структуры: сферические инвагинации у C. maltosa, карманоподобные инвагинации у Cr. humicola и обычные инвагинации у S. lipolytica. При дальнейшем культивировании все указанные инвагинации либо претерпевают структурные изменения, либо исчезают. Высказано предположение, что появление этих структур связано с увеличением площади цитоплазматической мембраны за счет включения мембран секреторных везикул. Интересным открытием был тот факт, что модифицированные участки клеточной оболочки, ранее описанные нами как каналы, наблюдались и у условно-патогенных видов дрожжей C. albicans и C. tropicalis при росте на углеводородах. Полученные данные не только расширяют представление об адаптивных перестройках дрожжевых клеток, но и могут иметь практическое значение, а именно в терапии микозов, вызванных дрожжевыми организмами.

Биографии авторов

Владимир Васильевич Дмитриев, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г. К. Скрябина Пущинского научного центра биологических исследований РАН, пр. Науки, 5, 142290, г. Пущино, Россия

кандидат биологических наук; старший научный сотрудник, заведующий временным научно-творческим коллективом трехмерных структур микроорганизмов

Татьяна Геннадьевна Русакова, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г. К. Скрябина Пущинского научного центра биологических исследований РАН, пр. Науки, 5, 142290, г. Пущино, Россия

младший научный сотрудник временного научно-творческого коллектива трехмерных структур микроорганизмов

Андрей Валерьевич Мачулин, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г. К. Скрябина Пущинского научного центра биологических исследований РАН, пр. Науки, 5, 142290, г. Пущино, Россия

кандидат биологических наук; старший научный сотрудник лаборатории цитологии микроорганизмов

Василина Валерьевна Фарофонова, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г. К. Скрябина Пущинского научного центра биологических исследований РАН, пр. Науки, 5, 142290, г. Пущино, Россия

аспирантка лаборатории регуляции биохимических процессов. Научный руководитель – доктор биологических наук Т. В. Кулаковская

Антон Николаевич Звонарев, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г. К. Скрябина Пущинского научного центра биологических исследований РАН, пр. Науки, 5, 142290, г. Пущино, Россия

младший научный сотрудник временного научно-творческого коллектива трехмерных структур микроорганизмов

Литература

  1. Moor H, Mühlethaler K. Fine structure in frozen-etched yeast cells. Journal of Cell Biology. 1963;17(3):609–628. DOI: 10.1083/jcb.17.3.609.
  2. Walther TC, Brickner JH, Aguilar PS, Bernales S, Pantoja C, Walter P. Eisosomes mark static sites of endocytosis. Nature. 2006;439(7079):998–1003. DOI: 10.1038/nature04472.
  3. Grossmann G, Malinsky J, Stahlschmidt W, Loibl M, Weig-Meckl I, Frommer WB, et al. Plasma membrane microdomains regulate turnover of transport proteins in yeast. Journal of Cell Biology. 2008;183(6):1075–1088. DOI: 10.1083/jcb.200806035.
  4. Brach T, Specht T, Kaksonen M. Reassessment of the role of plasma membrane domains in the regulation of vesicular traffic in yeast. Journal of Cell Science. 2011;124(3):328–337. DOI: 10.1242/jcs.078519.
  5. Murphy ER, Boxberger J, Colvin R, Lee SJ, Zahn G, Loor F, et al. Pil1, an eisosome organizer, plays an important role in the recruitment of synaptojanins and amphiphysins to facilitate receptor-mediated endocytosis in yeast. European Journal of Cell Biology. 2011;90(10):825–833. DOI: 10.1016/j.ejcb.2011.06.006.
  6. Olivera-CoutoA, Salzman V, Mailhos M, Digman MA, Gratton E, Aguilar PS. Eisosomes are dynamic plasma membrane domains showing Pil1-Lsp1 heteroligomer binding equilibrium. Biophysical Journal. 2015;108(7):1633–1644. DOI: 10.1016/j.bpj.2015.02.011.
  7. Lee J-H, Heuser JE, Roth R, Goodenough U. Eisosome ultrastructure and evolution in fungi, microalgae, and lichens. Eukaryotic Cell. 2015;14(10):1017–1042. DOI: 10.1128/EC.00106-15.
  8. Douglas L, Konopka JB. Fungal membrane organization: the eisosome concept. Annual Review of Microbiology. 2014;68:377–393. DOI: 10.1146/annurev-micro-091313-103507.
  9. Kabeche R, Howard L, Moseley JB. Eisosomes provide membrane reservoirs for rapid expansion of the yeast plasma membrane. Journal of Cell Science. 2015;128(22):4057–4062. DOI: 10.1242/jcs.176867.
  10. Moseley JB. Eisosomes. Current Biology. 2018;28(8):R376–R378. DOI: 10.1016/j.cub.2017.11.073.
  11. Fikhte BA, Zaichkin EI, Ratner EN. Novye metody fizicheskogo preparirovaniya biologicheskikh ob’ektov dlya elektronnomikroskopicheskikh issledovanii (kriofraktografiya i ionnoe travlenie) [New methods of the physical preparation of biological objects for electron microscopic investigations (cryofractography and ion etching)]. Moscow: Nauka; 1973. 148 p. Russian.
  12. Hirai K-I. Comparison between 3,3′-diaminobenzidine and auto-oxidized 3,3′-diaminobenzidine in the cytochemical demonstration of oxidative enzymes. Journal of Histochemistry & Cytochemistry. 1971;19(7):434–442. DOI: 10.1177/19.7.434.
  13. Nagata T. Lipase. In: Nayat MA, editor. Electron microscopy of enzymes. Volume 2. Principles and methods. New York: Van Nostrand Reinhold; 1974. p. 132–148.
  14. Ota Y, Yamada K. Lipase from Candida paralipolytica. Part I. Anionic surfactants as the essential activator in the systems emulsified by polyvinyl alcohol. Agricultural and Biological Chemistry. 1966;30(4):351–358. DOI: 10.1080/00021369.1966.10858605.
  15. Dmitriev VV, Crowley DE, Rogachevsky VV, Negri CM, Rusakova TG, Kolesnikova SA, et al. Microorganisms form exocellular structures, trophosomes, to facilitate biodegradation of oil in aqueous media. FEMS Microbiology Letters. 2011;315(2):134–140. DOI: 10.1111/j.1574-6968.2010.02184.x.
  16. Dmitriev VV, Crowley DE, Zvonarev AN, Rusakova TG, Negri MC, Kolesnikova SA. Modifications of the cell wall of yeasts grown on hexadecane and under starvation conditions. Yeast. 2016;33(2):55–62. DOI: 10.1002/yea.3140.
  17. Zvonarev AN, Crowley DE, Ryazanova LP, Lichko LP, Rusakova TG, Kulakovskaya TV, et al. Cell wall canals formed upon growth of Сandida maltosa in the presence of hexadecane are associated with polyphosphates. FEMS Yeast Research. 2017;17(3):fox026. DOI: 10.1093/femsyr/fox026.
  18. Anderson J, Mihalik R, Soll DR. Ultrastructure and antigenicity of the unique cell wall pimple of the Candida opaque phenotype. Journal of Bacteriology. 1990;172(1):224–235. DOI: 10.1128/jb.172.1.224-235.1990.
  19. Dmitriev VV, Bibikova II, Ofitserov EN, Naumova RP. [Yeast that utilizes the surfactant laurox-9]. Mikrobiologiya. 1988;57(2):223–230. Russian.
  20. Bonifacino JS. Vesicular transport earns a Nobel. Trends in Cell Biology. 2014;24(1):3–5. DOI: 10.1016/j.tcb.2013.11.001.
  21. Dmitriev VV, Zvonarev AN, Rusakova TG. The role of surface and exocellular structures of microorganisms in their adaptation to extreme environments. History of Science and Engineering. 2020;12:30–43. Russian. DOI: 10.25791/intstg.12.2020.1245.
Опубликован
2023-02-28
Ключевые слова: цитоплазматическая мембрана дрожжей, инвагинации, электронная микроскопия, криофрактография, цитохимия
Поддерживающие организации Авторы выражают благодарность заведующему лабораторией регуляции биохимических процессов Института биохимии и физиологии микроорганизмов имени Г. К. Скрябина Пущинского научного центра биологических исследований РАН доктору биологических наук Татьяне Владимировне Кулаковской за ценные советы, а также сектору электронной микроскопии Центра коллективного пользования Пущинского научного центра биологических исследований РАН за помощь в проведении электронно-микроскопических исследований.
Как цитировать
Дмитриев, В. В., Русакова, Т. Г., Мачулин, А. В., Фарофонова, В. В., & Звонарев, А. Н. (2023). Возникновение специфических инвагинаций (эйзосом) в цитоплазматической мембране дрожжей как результат секреторных процессов: новая версия. Экспериментальная биология и биотехнология, 1, 14-25. https://doi.org/10.33581/2957-5060-2023-1-14-25
Раздел
Клеточная биология и физиология