Meiotic targets of the Ras/cAMP/PKA pathway during regulation of spore formation in Saccharomyces cerevisiae

Sporulation in Saccharomyces cerevisiae entsteht durch Nährstoffmangel in Gegenwart einer nicht-fermentierbaren Kohlenstoffquelle wie Kaliuacetat, welches diploide Hefezellen veranlasst die Meiose einzuleiten und darauf folgend haploide Nuklei in Ascosporen zu verpacken. Die Anzahl der gebildeten Sporen liegt zwischen einer und vier und hägt von der Verfügbarkeit von Nährstoffen ab. Je mehr Nährstoffe verfügbar sind, desto höher ist die Anzahl von Sporen pro Ascus. Diese Regulierung der Sporenzahl wird als 'spore number control' (SNC) bezeichnet und tritt am Hefe-Zentrosom, genannt 'spindle pole body' (SPB), auf. Die meiotische Platte (MP), welches als Gerüst dient um die Synthese der Prosporenmembran zu initiiren, setzt sich aus den drei essentiellen Proteinen Mpc54, Mpc70 und Spo74 zusammen. Die Regulierung der Sporenzahl wird sowohl durch Nährstoffe kontrolliert, welche in Abhängigkeit der Konzentration von Kaliumacetat (KOAc) die Menge der MP-Proteine regulieren, als auch durch die Spindelpolarität, welche die Grundlage für die Adaptation der Gametenzahl während der Meiose ist. Das Alter der SPBs ist entscheidend für die Auswahl, welche der SPBs zu Sporen werden. Das Protein Ady1 wird in vitro durch die Kinase PKA phosphoryliert. Ady1 hat eine genetische Interaktion mit SPB-Komponenten und lokalisiert alle MP-Komponenten an den SPBs, wodurch es für die Formierung und Aktivität des MP verantwortlich ist. Der nährstoffabhängige Ras/zyklisches AMP (cAMP)/Proteinkinase A (PKA) Signaltransduktionskaskade beeinflusst die Proliferation, den Kohlenhydratstoffwechsel, den Eintritt in die Meiose und die Gametenzahl in Abhängigkeit von Nährstoffen in Saccharomyces cerevisiae. In dieser Arbeit wurde gezeigt, wie die Ras/cAMP/PKA Signaltransduktionskaskade die Regulierung der Sporenzahl durch externe Nährstoffe beeinflusst. Besonders eine hohe PKA-Aktivität reduziert die Sporenbildung durch eine Reduzierung der Abundanz der Komponente Ady1. Eine niedrige PKA-Aktivität erhöht die Sporenbildung durch die Erhöhung der Abundanz von zwei MP-Proteinen und Ady1 bei geringer Natriumacetatkonzentration. Die Methode, welche angewandt wurde um die PKA zu induzieren, verhinderte die Sporenbildung. Viele Zellen durchzogen keine meiotische Teilungen. Jedoch konnte mit dieser Methode gezeigt werden, dass Mpc54, codiert durch das frühe Gen MPC54, auch in seiner Abundanz beeinflusst wird. Meine Untersuchungen zeigten, dass alle diese Komponenten in vivo ein Ziel der PKA sind. Mpc54, Mpc70 als auch das meiotische Protein Ady1 könnten indirekte Ziele der PKA sein, wobei die Daten darauf hindeuten, dass Spo74 ein direktes Ziel der PKA ist und diese direkte Regulierung zur Kontrolle der Sporenzahl beiträgt. Die PKA-Affinität beeinflusste auch die zeitliche Regulierung des Eintritts in die Meiose, denn die Zellen traten früher in die Meiose ein wenn die PKA-Aktivität rediziert war. Die gesammelten Daten deuten daraf hin, dass eine Inaktivierung des Transkriptionsfaktors Nrg1 die Sporenbildung reduziert. Jedoch beeinflusste eine hohe PKA-Aktivität negativ die Plasmamembranlokalosierung von Ras- Proteinen während des vegetativen Wachstums und der Sporulation. Es konnte gezeigt werden, dass die Aktivität der PKA auch die Aktivität weiterer Komponenten wie dem Kernprotein Fob1, der regulatorischen Untereinheit von Snf1, genannt Snf4 und der Nikotinamidase Pnc1 beeinflusst. Zusammenfassend erklären die Beobachtungen die Beteiligung des Ras/cAMP/PKA Pfades bei der Regulierung der Gamentenzahl während der Meiose der Hefe.