The role of endocytosis for pathogenic development of the corn smut fungus Ustilago maydis

Das Wachstum und die pathogene Entwicklung von Pilzen werden durch Exozytose unterstuetzt waehrend die Rolle der Endozytose für diese Vorgaenge weitgehend unbekannt ist. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, mit Hilfe der temperatursensitiven endozytotischen t-SNARE Mutante Yup1, den Einfluss von Endozytose auf pilzliches Wachstum und Pathogenitaet in Ustilago maydis zu untersuchen. U. maydis, ein Vertreter der Gruppe der Basidiomyceten, ist der Erreger des Maisbeulenbrandes. Die pathogene Entwicklung des Pilzes wird eingeleitet, wenn zwei kompatible haploide Zellen aufeinandertreffen und sich über einen Pheromon-Erkennungsmechanismus wahrnehmen. Zellen der Yup1ts Mutante sind nicht in der Lage den Partner zu finden und eine Paarungsreaktion zu vollziehen. Der G-Protein gekoppelte Pheromonrezeptor Pra1 ist eine der Schluesselkomponenten fuer diesen Vorgang. Es wurde gefunden, dass biologisch aktives Pra1, fusioniert mit dem gruenfluoreszierenden Protein GFP (Pra1-GFP), in der Abwesenheit von Pheromon konstitutiv von der Plasmamembran endozytiert und in der Vakuole degradiert wird. Nachdem Pheromon als Ligand von Pra1-Rezeptor gebunden wurde, bilden sich Konjugationshyphen an deren Spitze Pra1-GFP lokalisiert. In yup1ts Zellen akkumuliert Pra1-GFP in primaer-endozytotischen Vesikeln, welche nicht laenger dazu in der Lage sind, mit fruehen Endosomen zu fusionieren. Diese Ergebnisse legen nahe, dass Yup1 eine Funktion an fruehen Endosomen besitzt, die die Schnittstelle zwischen den hereinkommenden primaer-endozytotischen Vesikeln und dem Abbauweg sowie einem moeglichen Weg der Molekuel- Wiederverwertung der Zelle bildet. Sowohl die Wiederverwertung als auch der Abbau von Pra1-GFP sind deshalb in yup1ts Zellen nicht funktional. In einem unabhaengigen Experiment konnte nachgewiesen werden, dass Pra1 unter natuerlichen Bedingungen wiederverwertet wird. Es wird deshalb angenommen, dass Pra1-GFP durch die gestoerte Funktion von Yup1 von der Plasmamembran dezimiert wird. Ein Defekt in der Pra1 Wiederverwertung ist schließlich sehr wahrscheinlich dafuer verantwortlich, dass yup1ts Zellen kein Pheromon perzipieren können. Interessanter Weise kann eine Ueberexpression von Pra1-GFP diesen Defekt wiederausgleichen. Die wiederhergestellte Partnererkennung ist jedoch nicht ausreichend, um Defekte zu überbruecken, die waehrend der nachfolgenden Paarungsreaktion in der Abwesenheit von Endozytose auftreten. Waehrend dessen sind das filamentoese Wachstum, die Bildung von Appressorien and die Pflanzeninfektion, die sich an die Zell-Zellfusion anschließen, in der yup1ts Mutante nur zu einem kleinen Teil beeintraechtigt. Die Gallen, die nach der Pilzinfektion mit yup1ts Zellen von der Maispflanze gebildet werden, enthalten allerdings keine Teliosporen. Unabhaengig davon ist die Auskeimung der Teliosporen verringert und das sich bildende Promyzel zeigt morphologische Defekte. Moegliche Komponenten, die für diese Phaenotypen verantwortlich sind, wurden noch nicht identifiziert. Es gibt jedoch Hinweise darauf, dass Chitinsynthasen involviert sind. Für einen Vertreter dieser Gruppe, die Myosin-Chitinsynthase 1 (Mcs1), konnte eine yup1- abhaengige Endozytose nachgewiesen werden. Die vorgestellten Resultate werden durch U. maydis Genomanalysen unterstuetzt. Sie zeigen, dass allgemein bekannte Proteine des Endozytoseapparates vorhanden sind. Zusammengefasst weisen die Ergebnisse dieser Arbeit darauf hin, dass Endozytose in Pilzen existiert und eine große Relevanz fuer das Wachstum und die pathogene Entwicklung des filamentoesen Pilzes U. maydis hat.