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Titel: Regulation der zellulären Adhäsion von Saccharomyces cerevisiae durch pH und den Rim101-Signalweg
Autor: Birke, Raphael
Weitere Beteiligte: Mösch, Hans-Ulrich (Prof. Dr.)
Erscheinungsjahr: 2011
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2011/0118
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2011-01183
DOI: https://doi.org/10.17192/z2011.0118
DDC: Biowissenschaften, Biologie
Titel(trans.): Regulation of cellular adhesion of Saccharomyces cerevisiae by pH and the Rim101 signaling pathway

Dokument

Schlagwörter:
Saccharomyces cerevisiae, Rim101 signaling pathway, cellular adhesion, Saccharomyces cerevisiae, Rim101-Signalweg, pH, Adhäsion, Adhäsion, Saccharomyces cerevisiae, zelluläre Adhäsion, pH, adhesion

Zusammenfassung:
Die Steuerung der zellulären Adhäsion nimmt in vielen Mikroorganismen eine bedeutende Rolle bei der Kontaktaufnahme mit verschiedensten Umweltstandorten ein. Auch die Sprosshefe Saccharomyces cerevisiae ist in der Lage, ihre adhäsiven Eigenschaften an die Umweltbedingungen anzupassen. Hierzu verfügt S. cerevisiae über mehrere Zelloberflächen-Glycoproteine, die Flokkuline, die zur Familie der pilzlichen GPI-verankerten Adhäsine gehören. Ein zentrales Flokkulin ist Flo11, das Adhäsion an Agar- und Plastikoberflächen ermöglicht. Die Expression des FLO11-Gens wird über einen ungewöhnlich großen Promotor durch zahlreiche Signalwege als Antwort auf verschiedene Umweltstimuli komplex reguliert. In der vorliegenden Arbeit wurde die Regulation der Flo11-vermittelten Adhäsion durch den äußeren pH im Detail untersucht. Im Zentrum stand dabei die Rolle des Rim101-Signalwegs, der bei Pilzen stark konserviert ist und für die pH-abhängige Regulation verschiedener zellulärer Prozesse verantwortlich ist. Es konnte gezeigt werden, dass der Rim101-Signalweg in S. cerevisiae für die Flo11-abhängige Adhäsion in saurem und neutralem Milieu wichtig ist. Dabei reguliert der transkriptionelle Repressor Rim101 die FLO11-Expression indirekt über die Steuerung der Gene für die Transkriptions-repressoren Nrg1, Nrg2 und Smp1. Hierfür konnten mehrere DNA-Elemente im FLO11-Promotor identifiziert werden, die durch Nrg1 und Nrg2 in vitro gebunden und in vivo reguliert werden. Weiterführende genomweite Transkriptomanalysen ergaben, dass FLO11 zu einer großen Gruppe von Genen gehört, die beim Übergang von neutralem zu alkalischem pH stark reguliert werden. Es zeigte sich, dass die FLO11-Expression und die Flo11-abhängige Adhäsion in alkalischem Milieu stark unterdrückt werden. Dabei erfolgt die Reduktion der FLO11-Expression unabhängig vom Rim101-Signalweg und wird über ein unbekanntes Regulationssystem vermittelt. Zusätzlich deuten zellbiologische Analysen darauf hin, dass eine Veränderung der Zelloberfläche, möglicherweise hervorgerufen durch eine direkte Inaktivierung von Flo11, Ursache für den ausgeprägten Adhäsionsverlust unter alkalischen pH-Bedingungen ist.

Summary:
In many microorganisms the control of cellular adhesion plays a crucial role in establishing contact to various environmental habitats. This also includes the budding yeast Saccharomyces cerevisiae that is capable of adapting its adhesive properties to changes in the environment. S. cerevisiae possesses a set of cell surface glycoproteins – the flocculins – which belong to the family of fungal GPI-linked adhesins. A key flocculin for adhesion to agar and plastic surfaces is Flo11. FLO11 gene expression underlies the complex control of numerous signaling pathways that converge on the exceptionally large FLO11 promoter and respond to diverse environmental stimuli. In this work, the regulation of the Flo11-dependent adhesion by external pH was investigated in detail. One focus was on the Rim101 signaling pathway, which is highly conserved in fungi and confers pH-dependent regulation of diverse cellular processes. The results obtained demonstrate that the Rim101 signaling pathway of S. cerevisiae plays a central role in controlling Flo11-dependent adhesion under acidic and neutral conditions. It was found that the transcriptional repressor Rim101 indirectly regulates FLO11 expression by controlling expression of the genes for the transcriptional repressors Nrg1, Nrg2 and Smp1, hereby. Several DNA elements within the FLO11 promoter could be identified and characterized that confer in vitro binding and in vivo regulation by Nrg1 and Nrg2. Genome-wide transcriptional analysis revealed that FLO11 belongs to a large group of genes that are strongly regulated during the shift from neutral to alkaline pH. It was found that FLO11 expression and Flo11-dependent adhesion are strongly down-regulated under alkaline conditions. The reduction of FLO11 expression occurs independent of the Rim101 signaling pathway by a yet unknown regulatory system. Finally cell biological measurements suggest that an alteration of cell surface peptides – possibly induced by inactivation of the Flo11-protein may be an additional cause for the distinctive loss of adhesion under alkaline conditions.


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