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信息素诱导的酵母质膜磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸分布各向异性是 MAPK 信号所必需的。

Pheromone-induced anisotropy in yeast plasma membrane phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate distribution is required for MAPK signaling.

机构信息

Division of Biochemistry and Molecular Biology, Department of Molecular and Cell Biology, University of California, Berkeley, CA 94720-3202, USA.

出版信息

Proc Natl Acad Sci U S A. 2010 Jun 29;107(26):11805-10. doi: 10.1073/pnas.1005817107. Epub 2010 Jun 14.

Abstract

During response of budding yeast to peptide mating pheromone, the cell becomes markedly polarized and MAPK scaffold protein Ste5 localizes to the resulting projection (shmoo tip). We demonstrated before that this recruitment is essential for sustained MAPK signaling and requires interaction of a pleckstrin homology (PH) domain in Ste5 with phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate [PtdIns(4,5)P(2)] in the plasma membrane. Using fluorescently tagged high-affinity probes specific for PtdIns(4,5)P(2), we have now found that this phosphoinositide is highly concentrated at the shmoo tip in cells responding to pheromone. Maintenance of this strikingly anisotropic distribution of PtdIns(4,5)P(2), stable tethering of Ste5 at the shmoo tip, downstream MAPK activation, and expression of a mating pathway-specific reporter gene all require continuous function of the plasma membrane-associated PtdIns 4-kinase Stt4 and the plasma membrane-associated PtdIns4P 5-kinase Mss4 (but not the Golgi-associated PtdIns 4-kinase Pik1). Our observations demonstrate that PtdIns(4,5)P(2) is the primary determinant for restricting localization of Ste5 within the plasma membrane and provide direct evidence that an extracellular stimulus-evoked self-reinforcing mechanism generates a spatially enriched pool of PtdIns(4,5)P(2) necessary for the membrane anchoring and function of a signaling complex.

摘要

在出芽酵母对肽交配信息素的反应过程中,细胞变得明显极化,并且 MAPK 支架蛋白 Ste5 定位于由此产生的突起(shmoo 尖端)。我们之前证明,这种募集对于持续的 MAPK 信号传导是必需的,并且需要 Ste5 中的一个 pleckstrin 同源(PH)结构域与质膜中的磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸 [PtdIns(4,5)P(2)] 相互作用。使用针对 PtdIns(4,5)P(2)的高亲和力荧光标记探针,我们现在发现这种磷酸肌醇在响应信息素的细胞中在 shmoo 尖端高度集中。PtdIns(4,5)P(2)的这种显著各向异性分布的维持、Ste5 在 shmoo 尖端的稳定固定、下游 MAPK 激活以及交配途径特异性报告基因的表达都需要质膜相关的 PtdIns 4-激酶 Stt4 和质膜相关的 PtdIns4P 5-激酶 Mss4 的持续功能(但不需要高尔基相关的 PtdIns 4-激酶 Pik1)。我们的观察结果表明,PtdIns(4,5)P(2)是限制 Ste5 在质膜内定位的主要决定因素,并提供了直接证据,表明细胞外刺激引发的自我强化机制产生了富含 PtdIns(4,5)P(2)的空间富集池,这对于信号复合物的膜锚定和功能是必需的。

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