Temporal organization of cellular growth in Saccharomyces cerevisiae
Wenn Backerhefe in flussigem Nahrmedium kultiviert wird, stellen sich oft stabile rhythmische Muster der Atmungsaktivitat ein (metabolische oder Atmungsoszillation) Die Perioden dieser Oszillation schwanken sehr stark, von 40 min bis 12 h und mehr, aber werden generell kurzer mit steigender Wachstumsrate. Verschiedene methodische und biologische Aspekte dieses Phanomens wurden in funf Publikationen untersucht, mit einem Schwerpunkt auf periodische Muster der RNA Transkription und Chromatinstruktur. Dabei wurden bereits publizierte Daten systematisch miteinander verglichen. Es zeigt sich ein hoch konserviertes Programm der Genexpression, welches in allen Experimenten, unabhangig von der Oszillationsperiode, zu beobachten ist. Ein Programm in relativ konstantem Zeitrahmen von 30 min bis 1 h startet mit Beginn erhohter Atmungsaktivitat, und fuhrt von Expression zytoplasmatischer Ribosomen, uber Aminosauresynthesewege zu Expression mitochondrialer Ribosomen. Das Ende dieses Zellwachstumsprogramms geht mit Abbau von Speicherzuckern, transienter Fermentation und, in Zellen die dazu bereit sind, Einleitung der DNA Replikation einher "metabolic S phase gating" Dieses Ende liegt an variabler Position innerhalb des globalen Rahmens der Atmungsoszillation, noch vor oder uberlappend mit der Phase niedriger Atmungsaktivitat. In letzterer Phase werden wiederum Gene des Katabolismus, der Autophagie und der zellularen Stressantwort exprimiert. Die relative Expression dieser Gengruppen andert sich auch in herkommlicher exponentieller Wachstumsphase, die also entgegen allgemeiner Annahme nicht als Fliesgleichgewicht betrachtet werden kann, und korreliert generell mit der Wachstumsrate, was zu einer in vielen Mikroorganismen beobachteten Optimierung der ribosomalen Biomassefraktion fuhrt. Die Oszillationen `kollabieren' bei der Wachstumsrate, bei der Fermentation einsetzt; der sogenannte Crabtree Effekt, verwandt dem Warburg Effekt. Mechanistische und empirische Modelle fur die beobachtete Dynamik werden vorgeschlagen.