Regulation des TEA/ATTS-Transkriptionsfaktors Tec1 durch die Pheromon-induzierte MAPK-Kaskade und den TOR-Signalweg in Saccharomyces cerevisiae
Brückner, Stefan
Die Hefe Saccharomyces cerevisiae ist ein dimorpher Pilz, der abhängig von den Umweltbedingungen verschiedene Wachstumsformen annehmen kann. So ermöglicht ein gutes Nährstoffangebot haploiden Hefezellen die sexuelle Konjugation mit Partnerzellen zur Ausbildung des diploiden Zellstadiums. Bestimmte Nährstoffmangelbedingungen hingegen verhindern die Konjugation und fördern eine adhäsive Wachstumsform, bei der Hefezellen des gleichen Geschlechts Biofilme ausbilden und an Oberflächen haften. Die Ausführung dieser beiden unterschiedlichen Entwicklungsprogramme wird von einem konservierten MAPK-Modul gesteuert, in dessen Zentrum die MAPK Fus3 und Kss1 und die Transkriptionsfaktoren Ste12 und Tec1 wirken. Akuter Nährstoffmangel schließlich induziert den Eintritt in die stationäre Phase und wird durch das komplexe TOR-Signalnetzwerk reguliert.
Das Hauptinteresse der vorliegenden Arbeit galt dem Transkriptionsfaktor Tec1, dem einzigen Vertreter der konservierten Familie eukaryotischer TEA/ATTS-Regulatoren in der Hefe. In einem ersten Teil sollte untersucht werden, wie Tec1 durch die beiden MAPK Fus3 und Kss1 reguliert wird und welche Rolle dieser Regulation bei der Konjugation und der Biofilmbildung zukommt. Hier konnte gezeigt werden, dass Tec1 als positiver Regulator von G1-spezifischen Zyklinen während der Konjugation über Fus3-spezifische Phosphorylierung destabilisiert und abgebaut werden muss, damit der für die Verschmelzung von Partnerzellen notwendige Zellzyklusarrest effizient erfolgen kann. Die MAPK Kss1 reguliert Tec1 ebenfalls, jedoch nicht auf Proteinebene, sondern auf der Ebene der TEC1-Genexpression über den Transkriptionsfaktor Ste12. Dieser Mechanismus ist für die Konjugation nicht entscheidend, jedoch für die adhäsive Wachstumsform und die Biofilmbildung, da Tec1 die Expression des für die Adhäsion notwendigen Flokkulingens FLO11 sicherstellt. Diese Ergebnisse zeigen, wie zwei verwandte MAPK über unterschiedliche Regulation eines einzelnen Transkriptionsfaktors verschiedene Entwicklungsprogramme steuern können.
In einem zweiten Teil wurde die Regulation von Tec1 durch Nährstoffe untersucht, insbesondere durch Mangelbedingungen, welche den Eintritt in die stationäre Phase bewirken. Hier konnte gezeigt werden, dass Tec1 bei akutem Stickstoff- oder Aminosäuremangel ebenfalls destabilisiert und abgebaut wird. Diese Regulation des Transkriptionsfaktors hängt jedoch nicht von den MAPK Fus3 und Kss1 ab, sondern benötigt Elemente des TOR-Signalwegs, und zwar den TOR-Komplex 1, die PP2A-verwandte Phosphatase Sit4, die Proteinkinase Npr1 und die HECT-Ubiquitinligase Rsp5. Vergleichbar mit der Konjugation könnte die physiologische Relevanz des Nährstoffmangel-induzierten Abbaus von Tec1 ebenfalls in der Verhinderung der G1-Zyklingenexpression durch diesen Transkriptionsfaktor liegen, damit die Hefe bei akuten Mangelbedingungen effizient in die stationäre Phase eintreten kann.
Philipps-Universität Marburg
Life sciences
https://doi.org/10.17192/z2007.0483
urn:nbn:de:hebis:04-z2007-04836
opus:1723
German
Fachbereich Biologie
141
application/pdf
Life sciences
Biowissenschaften, Biologie
2007-08-01
Publikationsserver der Universitätsbibliothek Marburg
Universitätsbibliothek Marburg
doctoralThesis
https://doi.org/10.17192/z2007.0483
urn:nbn:de:hebis:04-z2007-04836
Signal transduction
Regulation of the TEA/ATTS transcription factor Tec1 by the pheromone induced MAPK cascade and the TOR signalling pathway in Saccharomyces cerevisiae
Saccharomyces cerevisiae
Signaltransduktion
Regulation des TEA/ATTS-Transkriptionsfaktors Tec1 durch die Pheromon-induzierte MAPK-Kaskade und den TOR-Signalweg in Saccharomyces cerevisiae
Die Hefe Saccharomyces cerevisiae ist ein dimorpher Pilz, der abhängig von den Umweltbedingungen verschiedene Wachstumsformen annehmen kann. So ermöglicht ein gutes Nährstoffangebot haploiden Hefezellen die sexuelle Konjugation mit Partnerzellen zur Ausbildung des diploiden Zellstadiums. Bestimmte Nährstoffmangelbedingungen hingegen verhindern die Konjugation und fördern eine adhäsive Wachstumsform, bei der Hefezellen des gleichen Geschlechts Biofilme ausbilden und an Oberflächen haften. Die Ausführung dieser beiden unterschiedlichen Entwicklungsprogramme wird von einem konservierten MAPK-Modul gesteuert, in dessen Zentrum die MAPK Fus3 und Kss1 und die Transkriptionsfaktoren Ste12 und Tec1 wirken. Akuter Nährstoffmangel schließlich induziert den Eintritt in die stationäre Phase und wird durch das komplexe TOR-Signalnetzwerk reguliert.
Das Hauptinteresse der vorliegenden Arbeit galt dem Transkriptionsfaktor Tec1, dem einzigen Vertreter der konservierten Familie eukaryotischer TEA/ATTS-Regulatoren in der Hefe. In einem ersten Teil sollte untersucht werden, wie Tec1 durch die beiden MAPK Fus3 und Kss1 reguliert wird und welche Rolle dieser Regulation bei der Konjugation und der Biofilmbildung zukommt. Hier konnte gezeigt werden, dass Tec1 als positiver Regulator von G1-spezifischen Zyklinen während der Konjugation über Fus3-spezifische Phosphorylierung destabilisiert und abgebaut werden muss, damit der für die Verschmelzung von Partnerzellen notwendige Zellzyklusarrest effizient erfolgen kann. Die MAPK Kss1 reguliert Tec1 ebenfalls, jedoch nicht auf Proteinebene, sondern auf der Ebene der TEC1-Genexpression über den Transkriptionsfaktor Ste12. Dieser Mechanismus ist für die Konjugation nicht entscheidend, jedoch für die adhäsive Wachstumsform und die Biofilmbildung, da Tec1 die Expression des für die Adhäsion notwendigen Flokkulingens FLO11 sicherstellt. Diese Ergebnisse zeigen, wie zwei verwandte MAPK über unterschiedliche Regulation eines einzelnen Transkriptionsfaktors verschiedene Entwicklungsprogramme steuern können.
In einem zweiten Teil wurde die Regulation von Tec1 durch Nährstoffe untersucht, insbesondere durch Mangelbedingungen, welche den Eintritt in die stationäre Phase bewirken. Hier konnte gezeigt werden, dass Tec1 bei akutem Stickstoff- oder Aminosäuremangel ebenfalls destabilisiert und abgebaut wird. Diese Regulation des Transkriptionsfaktors hängt jedoch nicht von den MAPK Fus3 und Kss1 ab, sondern benötigt Elemente des TOR-Signalwegs, und zwar den TOR-Komplex 1, die PP2A-verwandte Phosphatase Sit4, die Proteinkinase Npr1 und die HECT-Ubiquitinligase Rsp5. Vergleichbar mit der Konjugation könnte die physiologische Relevanz des Nährstoffmangel-induzierten Abbaus von Tec1 ebenfalls in der Verhinderung der G1-Zyklingenexpression durch diesen Transkriptionsfaktor liegen, damit die Hefe bei akuten Mangelbedingungen effizient in die stationäre Phase eintreten kann.
monograph
Biologie
Philipps-Universität Marburg
opus:1723
2007-07-18
2011-08-10
The yeast Saccharomyces cerevisiae is a dimorphic fungus, which is able to differentiate its growth form depending on the environmental conditions. Under good nutrient conditions, haploid yeast cells can undergo sexual conjugation with a partner cell to form a diploid cell. In contrast, certain conditions of nutrient limitation inhibit conjugation and stimulate an adhesive growth form, which allows cells of the same mating type to form biofilms and to adhere to surfaces. The execution of these different developmental programs is under control of a conserved MAPK module, whose central part consists of the MAPK Fus3 and Kss1 and the transcription factors Ste12 and Tec1. Finally, severe nutrient starvation conditions induce entry into stationary phase, which is under control of the complex TOR signaling network.
The focus of this work is on the regulation of the transcription factor Tec1, which is the only representative of the conserved family of eukaryotic TEA/ATTS regulators in yeast. In the first part, this work attends to the question how Tec1 is regulated by the two MAPK Fus3 and Kss1 and how this regulation affects conjugation and biofilm formation. It could be shown that during conjugation Tec1, which is a positive regulator of G1-specific cyclin genes is destabilized and degraded upon Fus3-dependent phosphorylation. Downregulation of Tec1 is prerequisite for efficient cell cycle arrest required for fusion of the sexual partner cells. The MAPK Kss1 also regulates Tec1, however not on the protein level, but on the level of TEC1 gene expression via the transcription factor Ste12. This mechanism is not critical for conjugation, but for adhesive growth and biofilm formation because Tec1 is required for expression of FLO11, a gene encoding for a cell curface flocculine required for cellular adhesion. These results demonstrate that two related MAPK control different developmental programs through differential regulation of a single transcription factor.
The second part of this work attends to the question of how Tec1 is regulated by nutrient conditions that lead to entry into stationary phase. It could be shown that Tec1 is also destabilized and degraded in response to severe nitrogen or amino acid starvation. This regulation of the transcription factor does not depend on the MAPK Fus3 and Kss1, but requires components of the TOR signaling pathway, the TOR complex 1, the PP2A-related phosphatase Sit4, the protein kinase Npr1 and the HECT ubiquitin ligase Rsp5. Comparable to the conjugation process, the physiological relevance of nutritionally induced degradation of Tec1 could be the downregulation of G1 cyclin gene expression, which is a prerequisite for entry into stationary phase upon severe nutrient deprivation.
ths
Prof. Dr.
Mösch
Hans-Ulrich
Mösch, Hans-Ulrich (Prof. Dr.)
https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2007/0483/cover.png
Saccharomyces cerevisiae
Brückner, Stefan
Brückner
Stefan
2007
PRESERVATION_MASTER
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PRESERVATION_MASTER