Extracellular acidity and oxygen availability conjointly control eukaryotic cell growth via modulation of cytoplasmic translation

Ökaryotik hücre büyümesinin sitoplazmik çevirimin düzenlenmesiyoluyla denetiminde asidite ve oksijen sinerjisinin rolü

Abstract

Background: Oxygen availability and extracellular acidity both have a strong impact on growth and cultivation characteristics of eukaryotes, however they are often considered in isolation, whereby a single parameter is varied at a time to identify its impact, rendering the investigation of synergistic effects created by two or more factors nonachievable. This study identified the synergistic effect between environmental pH and oxygen levels on the physiological and cellular characteristics of the simplest eukaryote, Saccharomyces cerevisiae. Materials and methods: The physiological, transcriptomic, and metabolic responses of yeast were investigated during batch growth in a 2×2 factorial design setting; environmental pH and oxygen availability were either controlled at their optimal settings, or allowed to follow their own course during cultivation. Results: Synergistic effects had a significant impact on yeast physiology, which was provoked further by both the modulation of gene expression by transcription, and the modification of metabolite pools. Genes involved in cytoplasmic translation, the extracellular and intracellular amino acid and their precursor metabolite pools were significantly responsive to concurrent variations in these two factors. Conclusion: The synergistic effect of extracellular acidity and oxygenation on eukaryotic landscape of growth-associated events was significantly more pronounced than their individual effects.

Özet

Amaç: Büyüme ortamındaki oksijen müsaitliği ve asidite ökaryotik hücrelerin büyüme ve kultivasyon özellikleri üzerinde önemli etkiye sahiptir ancak bu özelliklerin etkileri çoğunlukla diğer parameterelerden ayrı olarak tek başlarına incelenir ve değerlendirilir, ve bu da çoklu etkileşimlerin (sinerjinin) etkilerinin belirlenmesini olanaksız kılar. Bu çalışma, ortam pH ve oksijen seviyeleri arasındaki sinerjiin en basit ökaryotik hücre olan Saccharomyces cerevisiae’nin fizyolojik ve hücresel özellikleri üzerindeki etkisini belirlemeyi amaçlamaktadır. Gereç ve Yöntem: Maya hücrelerinin kesikli üretimde fizyolojik, transkriptomik ve metabolik yanıtları 2×2 faktöryel tasarım ile incelenmiştir; ortam pH değeri ve oksijen müsaitliği ya optimal değerlerinde kontrol edilmiş, ya da kultivasyon süresince kendi başlarına değişmelerine olanak sağlanmıştır. Bulgular: Sinerjik etkileşimlerin maya fizyolojisi üzerinde istatistiksel açıdan anlamlı bir değişime yol açtığı gözlemlenmiştir ve bu değişim hem hücresel gen anlatımının yazılım seviyesinde düzenlenmesi hem de amino asit havuzlarının ayarlanması ile gerçekleşmektedir. Sitoplazmik çevirimde rol alan genler ile hücre içi ve hücre dışı amino asit ve amino asit öncül metabolit havuzları, bu iki çevresel faktörun etkileşimine istatistiksel açıdan anlamlı cevaplar vermiştir. Sonuç: Hücre dışı asidite ve oksijenlenme arasındaki sinerjinin büyüme ile bağıntılı ökaryotik etkinlikler üzerinde, bu parametrelerin tek başlarına yarattıkları etkiden daha belirgin ve istatistiki olarak anlamlı bir şekilde daha yoğun sonuçlar doğurduğu gözlemlenmektedir.