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Zusammenfassung:
Die ungesättigte Carbonsäure trans-Aconitat ist ein Isomer von cis-Aconitat, einem Zwischenprodukt des Citratzyklus, welches durch die Aconitase synthetisiert wird. Es ist bekannt, dass trans-Aconitat von zuckerhaltigen Pflanzen und auch von Bakterien als Schadstoff produziert wird, da es als Inhibitor der Aconitase und der Fumarase wirkt und daher toxisch sein kann. In Ustilago maydis wurde im Verlauf dieser Arbeit ein Gencluster charakterisiert, der es dem Pilz erlaubt, trans-Aconitat als alleinige Kohlenstoffquelle zu nutzen und darüber hinaus der Toxizität dieses Metaboliten entgegenwirkt. In diesem Gencluster befinden sich vier gemeinsam regulierte Gene. Zwei codieren für die Transporter, die sich in der Plasmamembran bzw. in den Mitochondrien befinden. Die Charakterisierung von Mutanten und HPLC-Messungen des trans-Aconitat Abbaus zeigten, dass der in der Zellmembran befindliche Transporter Aip1 notwendig ist, um trans-Aconitat in die Zellen einzuschleusen. Der mitochondriale Transporter Mtt2 ist ebenfalls notwendig für das Wachstum von Zellen auf trans-Aconitat als alleiniger Kohlenstoffquelle. Zudem sind in dem Cluster eine Aconitat-delta-Isomerase Adi2 und ein Transkriptionsfaktor Ram1 codiert. Die Isomerase Adi2 war namensgebend für den Cluster, da sie sehr ähnlich zu der Isomerase Adi1 ist, die für die Itaconsäurebiosynthese in U. maydis notwendig ist (Geiser et al., 2016). Adi2 konnte aufgrund seiner Ähnlichkeit zu Adi1 identifiziert werden (Przybilla, 2014). Genetische Analysen wiederum in Kombination mit HPLC-Messungen zeigten, dass Adi2 für die Isomerisierung von trans-Aconitat in cis-Aconitat verwendet wird und außerdem notwendig ist, um toxisches trans-Aconitat aus dem Cytosol zu entfernen. Der Transkriptionsfaktor Ram1 gehört zur Familie der Zn(II)2-Cys6 Transkriptionsfaktoren und ist für die Regulation des Adi2-Genclusters verantwortlich. Diese Transkriptionsfaktor-Familie ist in der Lage, mithilfe eines binuklearen Zink-Clusters konservierte DNA-Motive zu binden. Für die Bindung von Ram1 in der Promotorregion der einzelnen Clustergene konnte ein DNA-Motiv postuliert werden. Die Aktivierungsdomäne von Ram1 wird durch die Anwesenheit von trans-Aconitat stimuliert, wodurch Ram1 nur dann in der Lage ist, die Transkription der Clustergene einzuleiten, wenn trans-Aconitat vorhanden ist. Der genaue Mechanismus der Wirkung von trans-Aconitat auf den Transkriptionsfaktor konnte noch nicht vollständig aufgeklärt werden. Experimente mit chimeren Transkriptionsfaktoren legen jedoch nahe, dass vermutlich nicht direkt die Bindung an die DNA durch trans-Aconitat beeinflusst wird. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass Glucose unabhängig von Ram1 die Expression der Gene des Adi2-Genclusters inhibieren kann.

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