Studies on the cell division cycle of yeasts  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
76229
Type K
Principal investigator Sveiczer, Ákos
Title in Hungarian Élesztőgombák sejtosztódási ciklusának tanulmányozása
Title in English Studies on the cell division cycle of yeasts
Keywords in Hungarian élesztőgomba, sejtciklus, DNS replikáció, mitózis, meiózis, biokémiai reakciókinetika, matematikai modellezés, sejtnövekedés, modell illesztés
Keywords in English yeast, cell cycle, DNA replication, mitosis, meiosis, biochemical reaction kinetics, mathematical modelling, cell growth, model fitting
Discipline
Biochemistry and Food Chemistry (Council of Physical Sciences)50 %
Ortelius classification: Food technology
Analysis, modelling and simulation of biological systems (Council of Medical and Biological Sciences)30 %
Cell cycle and division (Council of Medical and Biological Sciences)20 %
Panel Chemistry 2
Department or equivalent Department of Applied Biotechnology and Food Science (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Kapuy, Orsolya
Medgyes-Horváth, Anna
Rácz-Mónus, Anna
Tóth, Attila
Starting date 2008-12-01
Closing date 2014-03-31
Funding (in million HUF) 4.500
FTE (full time equivalent) 6.71
state closed project
Summary in Hungarian
A pályázat a hasadó élesztő sejtosztódási ciklusának tanulmányozását tűzi ki céljául, és szerves folytatása a témavezető nemrégiben lezárult ifjúsági OTKA projektjének (Élesztő sejtciklusának modellezése, F-034100, 2001-2005). Vizsgálati módszereink és témaköreink alapvetően négyfélék. (1) Matematikai modellezés segítségével írjuk le egyre pontosabban a sejtciklus szabályozásában központi szerepet betöltő fehérjék közötti kölcsönhatásokat. A biokémiai reakciókat közönséges differenciálegyenletekkel közelítjük, amelyek ismert kinetikai törvényszerűségeken alapulnak. Egy olyan matematikai modellt készítünk el, amely a korábbiaknál sokkal több sejtciklus-mutáns leírására alkalmas, illetve olyan mutánsok fenotípusát is megjósolja, amelyek még ismeretlenek. (2) Új modellünkkel a sejtciklus meghatározott eseményeit is tanulmányozhatjuk. Vizsgálni fogjuk a DNS replikáció ellenőrzési mechanizmusának molekuláris kölcsönhatásait, illetve azt a jelenséget, hogy az élesztősejtek a tápanyag megvonására ivari differenciálódással reagálnak. (3) Mikroszkópos filmek analízise révén az exponenciális fázisú élesztőtenyészet sejtjeinek hossz- és átmérőnövekedését vizsgáljuk. Sejtciklus-mutánsok bevonásával vizsgáljuk, hogy a sejtek átmérője konstans-e a ciklus alatt, az ettől való eltéréseket pedig összefüggésbe hozzuk a sejtciklus eseményeivel, illetve a sejtek ploiditásával. (4) Modell illesztés és statisztikai módszerek segítségével vizsgáljuk, hogy a sejthossz ciklus alatti növekedése milyen függvénnyel írható le a legpontosabban. A klasszikus elképzelés szerint a szaporodó sejtek mérete exponenciálisan nő a ciklus alatt, de a hasadó élesztő ennek ellentmondani látszik. Ezt az elméleti szempontból alapvető kérdést szeretnénk alaposabban megvizsgálni. Az egyes témaköröket a pályázat csatlakozott résztvevői mellett graduális hallgatók és doktoránsok, továbbá nemzetközi együttműködők bevonásával kutatjuk, és nemzetközi szintű publikációkban fogjuk eredményeinket közzé tenni. Pályázatunk egyik legfontosabb célja, hogy fennmaradjanak a Műegyetemen azon irányú a kutatások, amelyeket a 2007-ben az Oxfordi Egyetem professzorává kinevezett Novák Béla indított el még az 1980-as években.
Summary
The goal of this project is to study the cell division cycle of fission yeast, and this one would continue a recently closed OTKA project (Modelling the cell cycle of yeast, F-034100, 2001-2005) of the principal investigator. We propose to study the following four topics by the indicated methods. (i) The network of the main interacting proteins regulating the cell cycle can be described by mathematical modelling. Biochemical reactions are formulated by differential equations, which are based on well-known kinetic rules. We develop a mathematical model, which describes the phenotypes of more cell-cycle mutants compared to former models, moreover in some cases predicts the behaviour of mutants not yet constructed by geneticists. (ii) A further task with the model is to describe some specific cell cycle events in more details. One of them would be the molecular interactions of DNA replication. Another proposed plan is to describe the sexual development of diploid fission yeast cells after starvation. (iii) We study changes in cell length and diameter during the cycle of individual cells from exponentially growing yeast cultures. By using time-lapse photomicroscopy we check how far diameter is constant or not, and wish to connect diameter changes to cell-cycle events or ploidy. (iv) We fit different models on measured individual cell length data and select the most adequate model by statistical methods. The general view is that cell size grows exponentially, but fission yeast is thought to contradict this rule, therefore this fundamental point needs further clarification. In all these four topics international scientific collaborators, moreover graduate and PhD students will be involved. The results will be published in international journals and presented at conferences. One of our main tasks is to continue the research at the BME in the field of yeast cell cycle, which was established here by Bela Novak, who became a professor at the University of Oxford in 2007.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Time-lapse mikroszkópos filmeken tanulmányoztuk hasadó élesztőgomba sejtek hossznövekedését. Az egyes sejthossz mintázatokra többféle függvényt illesztettünk, és modellszelekciós kritériumok segítségével választottuk ki a legadekvátabbat. A vad típusú valamint a wee fenotípusú tenyészetekben a sejtek kb. 2/3-a mutatott bilineáris növekedést. A vad típusú sejteknél nagyobb mutánsoknál a lineáris mintázatok aránya jelentősen megnőtt a bilineárisok rovására. A vizsgált hasadó élesztőgomba törzsek esetében igazolni tudtuk a méretkontrollt a ciklusidő és a születéskori méret közötti negatív korrelációval. A bilineáris mintázatok esetében a sebességváltási pont segítségével a ciklust kettébontottuk, és mindkét szakaszban külön-külön megvizsgáltuk az időtartam és a sejthossz közti korrelációkat. Eredményeink szerint a hasadó élesztő mitózisos ciklusában háromféle méretkontroll mechanizmus is működik, melyek közül a G2 fázis végi eddig nem volt ismert. A méretkontroll mechanizmusokat matematikai modellezéssel is vizsgáltuk. A modell kulcseleme egy mitózisos inhibítor, a Pom1 fehérje, amelynek lokális koncentrációja csökken a sejt végeitől a közepe felé. A G2 fázisban növekvő sejtek egy adott méretnél azért léphetnek mitózisba, mert a sejt közepén felhígul a Pom1, ezért gátló hatása elégtelen lesz. Szimulációink a kísérletekkel egyezően mutatták, hogy a nagyobbnak született sejtek lerövidítik ciklusidejüket, de ez a negatív korreláció egy kritikus születéskori méret felett megszűnik.
Results in English
Growth of fission yeast cells was studied by time-lapse microphotography. Different mathematical functions were fitted to measured cell length growth data, and the most adequate one was selected by statistical criteria. Around 2/3 of cells from wild type or wee phenotype cultures followed a bilinear growth pattern. However, in the case of cells larger than wild type, the proportion of linear patterns increased at the expense of bilinear ones. In all the fission yeast strains studied, the existence of an operating size control was indicated by a negative correlation between cycle time and birth length. Moreover, in the cases of bilinear patterns, the cycle could be divided into two by the rate change point, and the negative correlations between time and size data were tested separately in these two regions. We concluded that there are three distinct size control mechanisms in the mitotic cycle of fission yeast, and the one operating in late G2 was not known before. The size control mechanisms have also been studied by mathematical modelling. The critical player of our model is the mitotic inhibitor Pom1, whose local concentration is gradually decreasing from the cell tips to the middle. Cells growing in G2 start mitosis at a critical size, since Pom1 is diluted in the middle of the cell, and finally its activity becomes too small. Our simulations clearly showed that cells large at birth shorten their cycles, however, this negative correlation ceases above a critical level.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=76229
Decision
Yes





 

List of publications

  
Horváth A; Rácz-Mónus A; Sveiczer Á: Cell length growth patterns in fission yeast reveal a novel size control mechanism operating in late G2 phase, J Cell Sci 127: xxx-xxx (közlésre elküldve), 2014
Lovász K; Rácz-Mónus A; Sveiczer Á: A mathematical model for the G1 and G2 size control mechanisms via inhibitor dilution in fission yeast, Biophys Chem xxx, xxx-xxx (előkészületben), 2014
Sveiczer Á; Mónus A: The significance of size control in single cells: how size is measured? (előadás), 2nd Central European Forum for Microbiology. Keszthely, Hungary, October 7-9, 2009
Mónus A; Horváth A; Sveiczer Á: Statistical analysis of the time-profile of cell length growth in fission yeast (poszter), 2nd Central European Forum for Microbiology. Keszthely, Hungary, October 7-9, 2009
Sveiczer Á; Mónus A: The significance of size control in single cells: how size is measured?, Acta Microbiol Immunol Hung 56 (Suppl.): 245-246, 2009
Mónus A; Horváth A; Sveiczer Á: Statistical analysis of the time-profile of cell length growth in fission yeast, Acta Microbiol Immunol Hung 56 (Suppl.): 207-208, 2009
Horváth A: Növekedési mintázatok vizsgálata a hasadó élesztő sejtciklus mutánsaiban, Tudományos Diákköri Konferencia (előadás és dolgozat; tv.: Sveiczer Á, Mónus A). BME Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar, 2009
Sveiczer Á: Size control in budding and fission yeasts, Theor Biol Med Model: (to be published), 2012
Mónus A; Horváth A; Sveiczer Á: Cell length growth in fission yeast: is it linear, bilinear or exponential? (előadás), British Yeast Group Meeting, A Genetics Society Meeting. Oxford, UK, March 17-19, 2010
Kapuy O; Csikász-Nagy A; Sveiczer Á; Moriya H; Novák B: In silico analysis of robustness of cell cycle proteins in fission yeast (poszter), British Yeast Group Meeting, A Genetics Society Meeting. Oxford, UK, March 17-19, 2010
Sveiczer Á; Mónus A: Size control in fission yeast: experiments and simulations (előadás), A Magyar Mikrobiológiai Társaság 2010. Évi Nagygyűlése. Keszthely, Hungary, October 13-15, 2010
Horváth A; Mónus A; Sveiczer Á: Cell length growth patterns in the fission yeast cell cycle (poszter), A Magyar Mikrobiológiai Társaság 2010. Évi Nagygyűlése. Keszthely, Hungary, October 13-15, 2010
Horváth A: Növekedési mintázatok vizsgálata a hasadó élesztő sejtciklus mutánsaiban: lineáris vagy bilineáris?, Tudományos Diákköri Konferencia (előadás és dolgozat; tv.: Sveiczer Á, Mónus A). BME Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar, 2010
Németh M: A hasadó élesztőben működő méretkontroll mechanizmusának modellezése, Tudományos Diákköri Konferencia (előadás és dolgozat; tv.: Mónus A, Sveiczer Á). BME Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar, 2010
Rácz-Mónus A; Horváth A; Buchwald P; Sveiczer Á: Cell length growth in fission yeast is bilinear and tends to have a smooth transition segment, Biophys J: (submitted for publication), 2012
Sveiczer Á; Rácz-Mónus A: Cell size regulation, cell cycle, in: Dubitzky W; Wolkenhauer O; Cho K-H; Yokota H. Encyclopedia of Systems Biology. Springer, Heidelberg - New York (in press), 2012
Sveiczer Á; Horváth A: Cell cycle, fission yeast, in: Dubitzky W; Wolkenhauer O; Cho K-H; Yokota H. Encyclopedia of Systems Biology. Springer, Heidelberg - New York (in press), 2012
Sveiczer Á; Mónus A: Size control in fission yeast: experiments and simulations, Acta Microbiol Immunol Hung 58 (Suppl.): 96-97, 2011
Horváth A; Mónus A; Sveiczer Á: Cell length growth patterns in the fission yeast cell cycle, Acta Microbiol Immunol Hung 58 (Suppl.): 35-36, 2011
Rácz-Mónus A; Németh M; Sveiczer Á: New approaches of size control in fission yeast, Acta Microbiol Immunol Hung 58 (Suppl.): 206, 2011
Horváth A; Rácz-Mónus A; Vörös E; Sveiczer Á: Cell length growth patterns and size control in fission yeast mutants, Acta Microbiol Immunol Hung 58 (Suppl.): 157, 2011
Horváth A; Rácz-Mónus A; Vörös E; Sveiczer Á: Cell length growth patterns and size control in fission yeast mutants (poszter), 16th International Congress of the Hungarian Society for Microbiology. Budapest, Hungary, July 20-22, 2011
Rácz-Mónus A; Németh M; Sveiczer Á: New approaches of size control in fission yeast (előadás), 16th International Congress of the Hungarian Society for Microbiology. Budapest, Hungary, July 20-22, 2011
Rácz-Mónus A; Németh M; Sveiczer Á: New approaches in modelling the size control in fission yeast (poszter), 13th International EMBL PhD Symposium. Heidelberg, Germany, November 17-19, 2011
Horváth A: Növekedési mintázatok vizsgálata a hasadó élesztő sejtciklus mutánsaiban: lineáris vagy bilineáris?, Országos Tudományos Diákköri Konferencia (előadás és dolgozat; tv.: Sveiczer Á, Rácz-Mónus A). Kémiai és Vegyipari Szekció, Pécs, 2011
Németh M: A hasadó élesztőben működő méretkontroll mechanizmusának modellezése, Országos Tudományos Diákköri Konferencia (előadás és dolgozat; tv.: Rácz-Mónus A, Sveiczer Á). Kémiai és Vegyipari Szekció, Pécs, 2011
Mónus A; Horváth A; Sveiczer Á: Cell length growth in fission yeast: is it linear, bilinear or exponential? (előadás), British Yeast Group Meeting, A Genetics Society Meeting. Oxford, UK, March 17-19, 2010
Horváth A; Rácz-Mónus A; Buchwald P; Sveiczer Á: 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, 2013
Sveiczer Á; Rácz-Mónus A: Cell cycle, cell size regulation, in: Dubitzky W; Wolkenhauer O; Cho K-H; Yokota H. Encyclopedia of Systems Biology. pp. 343-346, Springer, Heidelberg - New York, 2013
Sveiczer Á; Horváth A: Cell cycle, fission yeast, in: Dubitzky W; Wolkenhauer O; Cho K-H; Yokota H. Encyclopedia of Systems Biology. pp. 349-353, Springer, Heidelberg - New York, 2013
Sveiczer Á; Horváth A; Buchwald P: Is there a universal rule for cellular growth? - Problems in studying and interpreting this phenomenon, FEMS Yeast Res 14: xxx-xxx (közlésre elfogadva), DOI: 10.1111/1567-1364.12168, 2014
Horváth A; Rácz-Mónus A; Vörös E; Sveiczer Á: Sejtnövekedési mintázatok vizsgálata a hasadó élesztőben (előadás), V. Magyar Mikológiai Konferencia. Budapest, Hungary, 23-25 May, 2012
Vida N; Horváth A; Sipiczki M; Sveiczer Á: A hasadó élesztőgombák sejtosztódási génjeinek filogenetikai törzsfája (poszter), V. Magyar Mikológiai Konferencia. Budapest, Hungary, 23-25 May, 2012
Horváth A; Rácz-Mónus A; Vörös E; Sveiczer Á: Sejtnövekedési mintázatok vizsgálata a hasadó élesztőben. Cell growth pattern analysis in fission yeast, Mikológiai Közlemények Clusiana 51: 44-45, 2012
Vida N; Horváth A; Sipiczki M; Sveiczer Á: A hasadó élesztőgombák sejtosztódási génjeinek filogenetikai törzsfája. Phylogenetic tree of the fission yeasts’ cell separation genes, Mikológiai Közlemények Clusiana 51: 113-114, 2012
Sveiczer Á; Horváth A; Rácz-Mónus A; Buchwald P: Cell length growth in fission yeast: an analysis of its bilinear character and the nature of its rate change transition, Yeast 30 (Suppl.): S67, 2013
Horváth A; Sipiczki M; Sveiczer Á: Phylogenetic analysis of the fission yeast cell separation protein, the endo-(1,3)-α-glucanase Agn1p, Yeast 30 (Suppl.): S186, 2013
Vörös E; Horváth A; Sveiczer Á: Length growth patterns in the mitotic cycle of large fission yeast cells, Acta Microbiol Immunol Hung 60 (Suppl.): 107-108, 2013
Sveiczer Á; Rácz-Mónus A; Lovász K: Modelling the G1 and G2 size control mechanisms in fission yeast, Acta Microbiol Immunol Hung 60 (Suppl.): 84-85, 2013
Mészáros Cs; Horváth A; Sipiczki M; Sveiczer Á: Phylogenetic analysis of the fission yeast cell separation gene, sep15/med8, Acta Microbiol Immunol Hung 60 (Suppl.): 187-188, 2013
Horváth A; Rácz-Mónus A; Buchwald P; Sveiczer Á: Cell length growth in fission yeast is bilinear and tends to have a smooth transition segment, Acta Microbiol Immunol Hung 60 (Suppl.): 150-151, 2013
Horváth A; Rácz-Mónus A; Buchwald P; Sveiczer Á: Cell length growth in fission yeast is bilinear and tends to have a smooth transition segment (előadás), 4th Central European Forum for Microbiology, Keszthely, Hungary, 16-18 October, 2013
Horváth A; Sipiczki M; Sveiczer Á: Phylogenetic analysis of the fission yeast cell separation protein, the endo-(1,3)-α-glucanase Agn1p (poszter), Yeast 2013. 26th International Conference on Yeast Genetics and Molecular Biology, Frankfurt, Germany, 29 Aug - 3 Sept, 2013
Mészáros Cs; Horváth A; Sipiczki M; Sveiczer Á: Phylogenetic analysis of the fission yeast cell separation gene, sep15/med8 (poszter), 4th Central European Forum for Microbiology, Keszthely, Hungary, 16-18 October, 2013
Sveiczer Á; Horváth A; Rácz-Mónus A; Buchwald P: Cell length growth in fission yeast: an analysis of its bilinear character and the nature of its rate change transition (előadás), Yeast 2013. 26th International Conference on Yeast Genetics and Molecular Biology, Frankfurt, Germany, 29 Aug - 3 Sept, 2013
Sveiczer Á; Rácz-Mónus A; Lovász K: Modelling the G1 and G2 size control mechanisms in fission yeast (előadás), A Magyar Mikrobiológiai Társaság 2012. évi Nagygyűlése, Keszthely, Hungary, 24-26 October, 2012
Vörös E; Horváth A; Sveiczer Á: Length growth patterns in the mitotic cycle of large fission yeast cells (poszter), A Magyar Mikrobiológiai Társaság 2012. évi Nagygyűlése, Keszthely, Hungary, 24-26 October, 2012




 

Events of the project

  
2014-09-19 11:13:12
Résztvevők változása
2011-03-28 17:09:11
Résztvevők változása



Back »