The function of the conserved scaffold protein Kel1 in regulation of cell morphogenesis, entry into mitosis and mitotic exit

Hvordan kontroller en celle sin form, og hvordan reagerer en celle på plutselige endringer i sitt miljø? Dette er viktige biologiske spørsmål, fordi mange celler har høyt spesialiserte funksjoner som krever dem til å ta på seg en helt bestemt form. For eksempel, neuroner kan ha utvidelser mer enn 1 m i lengde, og makrofager må være i stand til å endre sin form til å bevege seg gjennom vev til å angripe patogener. I tillegg, plutselige endringer i det ekstracellulære miljøet kan skade cellulær homeostase og true overlevelse av organismen. Vi er interessert i å rakne mekanismene som styrer cellenes form, polaritet, og reaksjoner på stress. I dette prosjektet har vi brukt den kraftige modellorganisme Saccharomyces cerevisiae (gjær) for å identifisere nye regulatorer av disse prosessene. Vi har gjort følgende funn: - Proteinet Kel1 er en viktig regulator av celleform, særlig i respons på ekstracellulære signaler. Kel1 er viktig for cellenes evne til å tolke hva som er et ekte signal og hva som bare er bakgrunnsstøy i omgivelser med høy støynivå. Vi oppdaget at Kel1 reguleres av flere kinaser etter visste interne og eksterne signaler, herunder feromon-reseptoren. Feromon-reseptoren er en reseptor som registrerer tilstedeværelsen av en celle av det motsatte kjønn. Når dette skjer, må cellene ta en viktig beslutning: Stoppe cellesyklusen, finne partneren og gjennomgå cellulær fusjon; eller i stedet ignorere signalet og fortsette med cellesyklusen for å gjennomgå celledeling. Denne beslutningsprosessen må være nøyaktig, fordi feil beslutning kan resultere i en konkurranseulempe i forhold til andre celler i sitt miljø. Vi har oppdaget at ufosforylert Kel1 hjelper celler til å ignorere lavnivåsignaler som kan oppstå som et resultat av bakgrunnsstøy i miljøet. Bona fide aktiveringen av feromon-reseptoren resulterer i aktivering av en kinase som fosforylerer Kel1, og dermed resulterer i full aktivering av signalveien som utløser cellesyklus-stans og cellefusjon. Dermed oppdaget vi en ny cellulær beslutningsmekanisme. Disse funnene er for tiden i forberedelse til å bli publisert. - En annen type beslutning er nødvendig når cellene opplever tap av deres næringstilgang. I så fall trenger cellen å endre sitt metabolske nettverk til å bytte fra anabolisme til katabolisme, og for å gå inn i en tilstand av energisparing. Et av de proteinene som har en viktig funksjon i den cellulære stressresponsen er det ubiquitin-lignende proteinet Sumo. Vi bestemte oss for å studere rollen til Sumo i respons til sult, og oppdaget at Sumo er nødvendig for full aktivering av et anabolsk transkripsjonsprogram. Så lenge næringsinnholdet var tilstrekkelig, ble Sumo festet til en rekke proteiner som driver transkripsjon av gener som er nødvendige for cellesyklusprogresjon og cellevekst. Utsulting av celler resulterte i endringer i protein sumoylation som førte til at cellen slo av disse transkripsjonelle programmene, og dermed spares cellen energi. Disse funnene ble publisert i flere artikler og presentert på flere nasjonale og internasjonale konferanser. NFR har nylig innvilget et oppfølgingsprosjekt som vil studere responsen av celler til næringsstress i mye mer detalj.

One of the fundamental questions in modern biology is what determines the shape of an organism. Regulation of morphogenesis has been intensely studied in budding yeast. These studies revealed strong links between regulation of cell morphology and the cell cycle. Swe1 is an important factor in linking cell morphogenesis and the cell cycle. Swe1 is a kinase that phosphorylates and inhibits Cdk1, which is the master regulator of the cell cycle. However, the molecular mechanisms that control Swe1 to coordina te cell morphogenesis with cell cycle progression are very poorly defined. Building on our previous publications, we recently performed a high-throughput screen in budding yeast to identify proteins that regulate Swe1, and identified Kel1 as an novel reg ulator of Swe1. Kel1 is emerging as an important (but little studied) adaptor protein with poorly defined functions in cell morphogenesis, entry into mitosis and mitotic exit. This project is aimed at unraveling the functions of Kel1 in cell morphogenes is, entry into mitosis and mitotic exit. We present data showing that Kel1 directly binds Swe1, which may inhibit Swe1 activity. Furthermore, we found that Cdk1 can phosphorylate Kel1, which affects the localization of Kel1 and which impairs the interacti on between Kel1 and Swe1. In conclusion, Cdk1-Kel1-Swe1 may form a novel signaling pathway that regulates cell morphogenesis and cell cycle progression. This project is aimed at characterizing this novel molecular mechanism in detail.