German Title: Instibilität der Wachstumszonen in T-förmigen Zellen von Schizosaccharomyces pombe

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Abstract

Morphogenesis is a complex process which in unicellular organisms involves mainly polarized cell growth and cell division. Microtubules (MTs) are a key player in spatial regulation of cytokinesis and polarization. The fission yeast Schizosaccharomyces pombe is a convenient model organism for morphogenesis studies because of its simple cylindrical shape and its polarized growth at the cell tips. MT plus ends contact and shrink from the cell tips and contribute to polarity regulation. There is a strong crosstalk between MTs, actin and cell shape. Here we perturb the cell shape and we investigate the effects on MTs, nuclear position and polarization machinery. We use the MT-depolymerizing drug thiabendazole (TBZ) to depolymerize the interphase microtubules. MT depolymerization causes formation of arms around the middle of the cell perpendicular to the long axis of the cell. The organization of the MT cytoskeleton exhibits heterogeneity in these T-shaped cells and depends on the cell geometry. We found that growth zones that were formed in the absence of microtubules, have different properties compared to the old ends of the cell and they exhibit an inherent instability, as measured by their growth potential. This growth potential in the arm is proportional to the initial size and to the number of MTs that reach the arm cortex. These effects are Tea1p-Tea4p-Mod5p dependent but Bud6p independent. These studies provide a demonstration of how MTs influence the growth potential at cell ends in fission yeast and begin to suggest a new model of growth zone instability. MT interactions with the cortex are important not only for establishment but also for maintenance of growth zones. These findings highlight a previously hidden role of MTs responsible for cell morphogenesis.

Translation of abstract (German)

Morphogenese ist ein komplexer Prozess. In einzelligen Organismen basiert er hauptsächlich auf polarisiertem Zellwachstum und Zellteilung. Mikrotubuli (MTs) sind Schlüsselfaktoren in der räumlichen Regulierung von Zytokinese und Polarisierung. Die Spalthefe Schizosaccharomyces pombe ist ein guter Modellorganismus für die Studie der Morphogenese, aufgrund seiner einfachen zylindrischen Form und polarisiertem Zellwachstum an den Zellspitzen. MT Plus-Enden berühren die Zellspitzen, depolymerisieren dann und spielen somit eine wichtige Rolle in der Regulierung von Polarität. Ein enges Zusammenspiel zwischen MTs, Aktin und Zellform ist zu beobachten. In dieser Arbeit führen wir Störungen in der Zellform herbei und untersuchen deren Auswirkungen auf MTs, die Polarisierungsmaschinerie und die Position des Zellkerns. Wir verwenden die Substanz Thiabendazole (TBZ) um Mikrotubuli in der Interphase zu depolymerisieren. Die Depolymerisierung von MTs führt zur Bildung von Ästen in der Zellmitte, die senkrecht zur Zellachse verlaufen. Die Organisation der MTs in diesen Zellen, die die Form eines Ts annehmen, ist heterogen und abhängig von der Zellgeometrie. Wir haben beobachtet, dass Wachstumszonen, die in der Abwesenheit von Mikrotubuli gebildet werden, andere Eigenschaften aufweisen als solche an den normalen Zellenden. Messungen des Wachstumspotentials zeigen eine inherente Instabilität. Das Wachstumspotential in den Armen ist proportional zu der Ausgangsgröße und der Zahl von MTs die den Cortex des Armes erreichen. Diese Effekte sind abhängig von Tea1p-Tea4p-Mod5p, aber unabhängig von Bud6p. Die Studie zeigt den Einfluss von MTs auf das Wachstumspotential an Zellenden der Spalthefe und deutet auf ein neues Modell für die Instabilität von Wachstumszonen hin. Die Interaktion zwischen MTs und Kortex spielt eine wichtige Rolle in der Anlage und dem Erhalt von achstumszonen. Unsere Ergebnisse weisen auf eine bisher unbekannte Rolle von MTs in der Zellmorphogenese hin.