Mikrobasejtek ciklus alatti növekedése

A tenyészet sejtszáma az idő függvényében

N(t) = N0·e m·t

(ha a külső környezet és a sejtek fiziológiai állapota változatlan és a populáció aszinkron)

A tenyészet sejttömege az idő függvényében

M(t) = M0·e m·t

(a sejtek koreloszlása és ciklus alatti tömegnövekedése ezt nem befolyásolja)

Az egyedi sejt tömege az idő függvényében

m(t) = m0·e m·t ???

• m0 a születéskori sejttömeg• 0 < t < CT, ahol CT a sejt ciklusideje• m(CT) = 2m0 (tetszőleges monoton függvény elképzelhető)• exponenciális-e a növekedés a sejtek életében ???

Sejtnövekedési modellek

Exponenciális modell: a sejt növekedési sebessége folyamatosan nő → riboszómák száma (Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae ???)

Lineáris (multilineáris) modell: a sejt növekedési sebessége állandó → bizonyos esemény(ek)nél ugrásszerű változások (Schizosaccharomyces pombe)

lineáris és exponenciális modellek

0.5

1

1.5

2

2.5

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2idő (relatív)

sejt

mér

et (

rela

tív)

lineáris

exp

CK

ha a növekedés lineáris, és a ciklus belsejében nincs sebességváltás

↓ a sejt osztódásakor a növekedésisebességnek ugrásszerűen meg kellduplázódnia

↕exponenciális növekedés esetében a sejt osztódásakor sincs hirtelenváltozás

A hasadó élesztőgomba, mint a sejtnövekedés modellje

Mitózisos (ivartalan) sejtciklus

Mitchison, 1957• csak hosszirányú sejtnövekedés → tömeg, térfogat és hossz ~ arányos• a ciklus végén a hossznövekedés megszűnik

Mitchison & Nurse, 1985Sveiczer, Novák & Mitchison, 1996• a növekedés mintázata (bi)lineáris• a ciklus közepe táján van egy sebességváltási pont (RCP)

G2 / M checkpoint

metaphase / anaphase

checkpoint

G1 / S checkpoint

M

G1

S

G2

Cell division• cryptic size

control

• operating size control

A hasadó élesztőgomba mitózisos sejtciklusa

S G2 M G1 S

RCP2

Idő (min)

Sej

thos

sz, L

(m

m)

NETO

új régi vég

CK

A Schizosaccharomyces pombe növekedése

RCP3

RCP1

DLBL

CT

5 min

A mikrofotográfia módszeremért változó:

a sejthossz (L) a születéstől (BL) az osztódásig (DL) az idő függvényében (0 < t < CT)

A mérési pontokra illesztett modellek

Lineáris L(t) = a·t + b

Exponenciális L(t) = c·e d·t

Bilineáris L(t) = h·ln{exp[a·(t-t)/h] + exp[b·(t-t)/h]} + g ahol t az RCP pozíciója, h pedig az átmenet élessége

A legadekvátabb modell kiválasztási kritériumai

Korrelációs koefficiens

Reziduális standard deviáció s = (SSE/df)1/2

Akaike információs kritérium AIC = nobs·ln(SSE) + 2npar

Schwarz Bayes információs kritérium SBIC = nobs·ln(SSE) + npar·ln(nobs)

i meani

i predii

y yy

yy

SS

SSEr

2

2,2 11

Time (min)

0 20 40 60 80 100 120 140

Cel

l len

gth

(m

)

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Growth period IGrowth period IIConstant length periodBilinearExponentialLinear

Time (min)

0 20 40 60 80 100 120 140

R ( m

)

-0.2

0.0

0.2

RCP

α1 = 0.0429 μm min-1

α2 = 0.0902 μm min-1

ε = 9.84 μmτ = 57.6 minη = 0.01 μm

Horváth, A., Rácz-Mónus, A., Buchwald, P. & Sveiczer, A. (2013). Cell length growth in fission yeast: an analysis of its bilinear character and the nature of its rate change transition. FEMS Yeast Res. 13: 635-649.

Egy hasadó élesztő sejt növekedési mintázata(éles bilineáris eset)

Time (min)

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Cel

l len

gth

( m

)

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Growth period ITransition periodGrowth period IIConstant length periodBilinearExponentialLinear

Time (min)

0 20 40 60 80 100 120 140 160

R ( m

)

-0.2

0.0

0.2

RCP

α1 = 0.0413 μm min-1

α2 = 0.0782 μm min-1

ε = 10.2 μmτ = 59.7 minη = 0.500 μm

Horváth, A., Rácz-Mónus, A., Buchwald, P. & Sveiczer, A. (2013). Cell length growth in fission yeast: an analysis of its bilinear character and the nature of its rate change transition. FEMS Yeast Res. 13: 635-649.

Egy hasadó élesztő sejt növekedési mintázata(sima bilineáris eset)

Time (min)

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Cel

l len

gth

(m

)

7

8

9

10

11

12

13

14

Growth periodConstant length periodLinearBilinearExponential

γ = 0.0494 μm min-1

δ = 7.86 μm

Time (min)

0 20 40 60 80 100 120 140 160

R ( m

)

-0.2

0.0

0.2

Horváth, A., Rácz-Mónus, A., Buchwald, P. & Sveiczer, A. (2013). Cell length growth in fission yeast: an analysis of its bilinear character and the nature of its rate change transition. FEMS Yeast Res. 13: 635-649.

Egy hasadó élesztő sejt növekedési mintázata(lineáris eset)

Time (min)

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Cel

l len

gth

(m

)

7

8

9

10

11

12

13

14

15

ttr

Growth period ITransition periodGrowth period IIConstant length periodBilinearExponentialLinear

Time (min)

0 20 40 60 80 100 120 140 160

R ( m

)

-0.2

0.0

0.2

α1 = 0.0478 μm min-1

α2 = 0.0628 μm min-1

ε = 10.8 μmτ = 64.3 minη = 0.087 μm

RCP

Horváth, A., Rácz-Mónus, A., Buchwald, P. & Sveiczer, A. (2013). Cell length growth in fission yeast: an analysis of its bilinear character and the nature of its rate change transition. FEMS Yeast Res. 13: 635-649.

Hasadó élesztő sejtek „átlagos” növekedési mintázata(sima bilineáris)

A hasadó élesztő sejtnövekedése általában bilineáris, de gyakran nem éles

A méretkontroll igazolása hasadó élesztőben 1.

WT cdc2ts

Fantes, P. A. (1977). Control of cell size and cycle time in Schizosaccharomyces pombe. J. Cell Sci. 24, 51-67.

Sveiczer, A., Novak, B. & Mitchison, J. M. (1996). The size control of fission yeast revisited. J. Cell Sci. 109, 2947-2957.

A méretkontroll igazolása hasadó élesztőben 2.

Sveiczer, A., Novak, B. & Mitchison, J. M. (1996). The size control of fission yeast revisited. J. Cell Sci. 109, 2947-2957.

A méretkontroll a G2 fázis közepén hat → G2 = „sizer + timer”

A méretkontroll pozícionálása hasadó élesztőben