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Septin- und Aktomyosindynamik während der Zellteilung von Ustilago maydis
Die Zytokinese stellt den abschließenden Schritt der Zellteilung dar, bei der die physikalische Trennung von Mutter- und Tochterzelle vollzogen wird. Für deren fehlerfreien Ablauf spielt das genaue zeitliche und räumliche Zusammenwirken von Septin- und Aktomyosinstrukturen eine entscheidende Rolle....
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| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Beteiligte: | |
| Format: | Dissertation |
| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Philipps-Universität Marburg
2009
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| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | PDF-Volltext |
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| Zusammenfassung: | Die Zytokinese stellt den abschließenden Schritt der Zellteilung dar, bei der die physikalische Trennung von Mutter- und Tochterzelle vollzogen wird. Für deren fehlerfreien Ablauf spielt das genaue zeitliche und räumliche Zusammenwirken von Septin- und Aktomyosinstrukturen eine entscheidende Rolle. Der dimorphe Basidiomycet Ustilago maydis vollzieht Zytokinese und Zelltrennung durch die sukzessive Ausbildung zweier Septen. Dabei ist die Aktivität der Proteinkinase Don3 und die der kleinen GTPase Cdc42 essentiell für die Ausbildung des sekundären Septums. Die Wirkung und das Zusammenspiel beider Proteine bei diesem Prozess waren bisher unbekannt.
Zentrales Ziel dieser Arbeit war es, die Dynamik der Septin- und Aktomyosin-strukturen während der Zellteilung von U. maydis zu studieren und deren Bedeutung für die Septierung zu verstehen. Durch Lokalisierung des Septins Cdc10 konnte gezeigt werden, dass bereits zu Beginn der Knospung eine Kragen-ähnliche Septinstruktur (Collar) zwischen der Mutter- und Tochterzelle erzeugt wird. Dieser Septincollar markiert die zukünftige Teilungsebene und rekrutiert zu Beginn der Zytokinese die septinspezifische Proteinkinase Gin4. Diese Kinase vermittelt den vollständigen Abbau der Septinstruktur und erzeugt dadurch einen septinfreien Bereich, der die spätere Fragmentierungszone definiert. Unmittelbar neben diesem Bereich wurde die sukzessive Ausbildung neuer Septincollars beobachtet. Zunächst bildete sich ein primärer Septincollar auf der Seite der Mutterzelle und anschließend ein sekundärer auf der Seite der Tochterzelle. Beide Strukturen definieren den Ort der Septenbildung und erfüllen eine vergleichbare Funktion für die Ausbildung des primären bzw. sekundären Septums: Durch die Verwendung des FCH Domänen-Proteins Cdc15 als fluoreszierender Marker konnte der Aufbau eines kontraktilen Aktomyosinrings am Ort des Septincollars beobachtet werden. Unmittelbar darauf erfolgt eine Umwandlung des Septincollars in einen Septinring. Während der anschließenden Kontraktion des Aktomyosinrings findet die Synthese des primären bzw. sekundären Septums statt.
Eine detaillierte Untersuchung der Septincollar-zu-Ring Umwandlung wurde durch den Einsatz einer analog-sensitiven Version der Don3 Kinase ermöglicht: Durch Inhibierung der modifizierten Kinase Don3M175A war es möglich, Cluster von Zellen mit stabilem sekundären Septincollar zu erzeugen. Es konnte gezeigt werden, dass diese Struktur als Gerüst für Cdc4 (myosin essential light chain) dient, einer weiteren Komponente des kontraktilen Aktomyosinrings. Interessanterweise führt die Reaktivierung der Kinase unmittelbar zu einem Abbau des zuvor stabilen sekundären Septincollars. Mit diesem Abbau geht die Rekrutierung von Cdc15 einher, welches zusammen mit Cdc4 den kontraktilen Aktomyosinring aufbaut. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die Funktion des kontraktilen Rings Cdc15-abhängig und essentiell für den Wiederaufbau der Septinfilamente in Form eines Septinrings ist. Sowohl die primäre als auch sekundäre Septierung wird jeweils mit dem Abbau des Septinrings abgeschlossen. Es zeigte sich, dass der Abbau des sekundären Septinrings abhängig ist von Rts1, der regulatorischen Untereinheit der Protein-phosphatase 2A.
Die Wirkung und das Zusammenspiel von Don3 und Cdc42 konnten durch deren sequentielle Aktivierung und Inaktivierung aufgeklärt werden. Beide Proteine sind in zwei unabhängigen Signalkaskaden an der Assemblierung des sekundären Aktomyosinrings beteiligt.
Mit diesen Ergebnissen konnte in dieser Arbeit erstmals gezeigt werden, dass der Wechsel der Septinstrukturen nicht durch eine mechanische Rotation der Septinfilamente in der Ebene der Plasmamembran stattfindet, sondern durch einen Abbau und Wiederaufbau vollzogen wird. Diese Beobachtung lässt vermuten, dass die Septinfilamente eine duale Funktion in knospenden Pilzen übernehmen. Longitudinal ausgerichtete Filamente gewähren die mechanische Stabilität der Knospungsstelle und wirken als Interaktionspartner oder Zielproteine für weitere Proteine wie z.B. die Proteinkinase Gin4 oder für Komponenten des kontraktilen Aktomyosinrings. Diese Struktur wiederum wird für die Assemblierung von umlaufend ausgerichteten Septinfilamenten benötigt, die dann eine essentielle Funktion während der Zelltrennung ausüben. |
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| Umfang: | 74 Seiten |
| DOI: | 10.17192/z2009.0086 |