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Titel: Meiotic targets of the Ras/cAMP/PKA pathway during regulation of spore formation in Saccharomyces cerevisiae
Autor: Muscó, Massimiliano
Weitere Beteiligte: Taxis, Christof (PD Dr.)
Veröffentlicht: 2017
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2017/0777
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2017-07775
DOI: https://doi.org/10.17192/z2017.0777
DDC: 570 Biowissenschaften, Biologie
Titel(trans.): Meiotische Ziele ded Ras/cAMP/PKA Pfades während der Regulation der Sporenbildung in Saccharomyces cerevisiae
Publikationsdatum: 2017-12-19
Lizenz: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0

Dokument

Schlagwörter:
bPAC photoaktiviert Adenylyl Cyclase aus Bakterien cAMP zyklische Adenosin Monophosphate Meiose PKA Protein Kinase A MP meiotische Plaque SPO, bPAC photoactivated adenylyl cyclase from bacteria cAMP cyclic adenosine monophosphate Meiosis PKA Protein Kinase A MP Meiotic plaque SPO, Sporul, Die Untersuchung der Regulierung der Sporenbildung durch PKA auf eine Ernährungs-Ebene

Summary:
Sporulation in Saccharomyces cerevisiae occurs in response to starvation for nutrients and in presence of a non-fermentable carbon source like potassium acetate which lead diploid yeast cells to undergo meiosis and subsequently to package the haploid nuclei in ascospores. The number of formed spores is between one and four and depends on the availability of nutrients, the more nutrients are available the higher is the number of spores per ascus. This regulation of the spore numbers is called spore number control (SNC) and occurs at the yeast centrosome called spindle pole body (SPB). A meiotic placque (MP) which works as scaffold to initiate the synthesis of the prosporemembrane, is composed by three essential proteins Mpc54, Mpc70 and Spo74. The regulation of spore number is controlled by nutrients which according to the concentration of potassium acetate (KOAc) regulate the amount of MP proteins and by the spindle polarity which is the basis for adaptation of gamete numbers during meiosis, the age of the SPBs indeed is crucial for the selection of the SPBs to modify and that will become spores. The protein Ady1 is phosphorylated by the kinase PKA in vitro. Ady1 has a genetic interaction with the SPB components and localizes all the MP components to the SPBs, it is responsible then of the formation and the activity of the MP. The nutrient-responsive Ras/cyclic AMP (cAMP)/protein kinase A (PKA) pathway influences proliferation, carbohydrate metabolism, entry into meiosis and gamete numbers in response to nutrients in Saccharomyces cerevisiae. In this study, it was shown how Ras/cAMP/PKA signal transduction pathway influences the adjustment of spore numbers to external nutrients. Specifically, low PKA activity increased the spore formation by increasing the abundance of two MP proteins Mpc70 and Spo74 plus Ady1 when the source of potassium acetate is poor. The approach which has been used to induce high PKA prevented spore formation, many cells did not reach the meiotic divisions. Nevertheless, by this method it was possible to see that the Mpc54 protein encoded by the early gene MPC54 is affected in its abundance as well. My assays revealed that all these players are in vivo targets of PKA. Mpc54, Mpc70 as well as the meiotic protein Ady1 could be indirectly targets of PKA. The data suggested that Spo74, is a direct target of PKA and this direct regulation contributed to spore number control. PKA activity as well affected the timing of meiotic entry, cells entered meiosis earlier when PKA was reduced. The collected data indicated that inactivation of the transcription factor Nrg1 reduces spore formation. Yet, high PKA activity affected negatively the plasma membrane localization of Ras proteins during vegetative growth and sporulation. Finally, it has been shown that the activity of PKA controls the activity of other components like the nucleolar protein Fob1, the regulatory subunit of Snf1 called Snf4 and the nicotinamidase Pnc1. Overall, the findings imply the involvement of the Ras/cAMP/PKA pathway in the regulation of gamete numbers during yeast meiosis.

Zusammenfassung:
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.


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