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Forces Are Able to Set Position And Timing Of Microtubule Catastrophes In Fission Yeast

Foethke, Dietrich

German Title: Kräfte am Zellpol reichen aus, um die Position und den Zeitpunkt von Mikrotubuli-Katastrophen in Schizosaccharomyces pombe zu bestimmen

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Abstract

In the fission yeast Schizosaccharomyces pombe, interphase microtubules switch to depolymerization almost exclusively at the poles of the cylindrical cell. Proper localization of these events is crucial for morphogenesis, and is thought to depend on factors preferentially localized at the cell poles. Using computer simulations we analyzed five different models of how microtubule dynamic instability might be regulated in order to reproduce the organization of microtubules observed in vivo. To evaluate the simulations we compared their output to nine traits of interphase cells. Using the simulation we could show that the shape of fission yeast induces forces on microtubule plus ends specifically at the cell poles. We found that the effect of these forces on microtubule dynamics was sufficient to reproduce the nine traits without the requirement of pole-specific factors. In vivo experiments with mutant cells confirmed that cell shape is essential for the proper organization of microtubules in fission yeast which indicates that force might also be relevant in living cells. We furthermore applied the simulation to study the organization of microtubules in mutant cells that were deleted of the microtubule tip tracking proteins Mal3 and Tip1. This lead to the proposal of a novel hypothesis how Tip1 might function in vivo to assist force in the discrimination of the cell poles from central parts of the cell cortex.

Translation of abstract (German)

In Interphase depolymerisieren die Mikrotubuli der Spalthefe Schizosaccharomyces pombe fast ausschliesslich an den Polen der zylindrischen Zelle. Die genaue Positionierung dieser Vorgänge ist entscheidend für die Morphogenese der Zelle und es wird angenommen, dass Faktoren am Zellende dafür verantwortlich sind. Mit Hilfe von Computer-Simulationen wurden in dieser Arbeit fünf verschiedene Modelle für die Regulierung der Dynamischen Instabilität von Mikrotubuli daraufhin untersucht wie gut sie die Organisation von Mikrotubuli in Wildtyp-Zellen reproduzieren. Zur Auswertung wurden die Ergebnisse der Simulationen mit neun charakteristischen Eigenschaften von Wildtyp-Zellen verglichen. Wir konnten zeigen, dass aufgrund der zylindrischen Form von S. pombe Kräfte auf die Mikrotubuli wirken, die vor allem an den Polen der Zelle auftreten. Simulationen, die den Einfluss dieser Kräfte auf die Dynamische Instabilität von Mikrotubuli berücksichtigten, stimmten mit den neun gemessenen Eigenschaften von Wildtyp-Zellen überein. Weitere Faktoren an den Polen der Zelle wurden nicht benötigt. In vivo Experimente mit Mutanten bestätigten, dass die Form der Zelle von entscheidender Bedeutung für die Organisation der Mikrotubuli ist. Dies deutet darauf hin, dass Kräfte auf Mikrotubuli auch in lebenden Zellen relevant sind. Die Simulation wurde weiterhin verwendet, um die Organisation von Mikrotubuli in Mutanten zu untersuchen, in denen die Gene für die Proteine Mal3 und Tip1 ausgeschaltet wurden. Unsere Ergebnisse geben Hinweise darauf wie Tip1, zusätzlich zur Kraft, an der Regulierung der Dynamischen Instabilität von Mikrotubuli beteiligt sein könnte.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Eric Karsenti, Dr.
Date of thesis defense: 12 April 2007
Date Deposited: 19 Apr 2007 10:20
Date: 2007
Faculties / Institutes: Service facilities > European Molecular Biology Laboratory (EMBL)
Subjects: 570 Life sciences
Controlled Keywords: Schizosaccharomyces pombe, Mikrotubulus, Zellskelett, Polarisation, Computersimulation
Uncontrolled Keywords: Dynamische InstabilitätSchizosaccharomyces pombe , microtubule , dynamic instability , polarization , computer simulation
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