Untersuchung der Regulierung kleiner GTPasen während des filamentösen Wachstums und der Sekretion in Ustilago maydis

Kleine GTPasen der Rho-Familie dienen als molekulare Schalter an einer Vielzahl zellulärer Prozesse, wie zum Beispiel der Sekretion und dem polaren Wachstum. Dabei wechseln sie von einer inaktiven GDP-gebundenen zu einer aktiven GTP-gebundenen Konformation, in der sie mit Effektoren interagieren. De...

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Main Author: Wehr, Michaela
Contributors: Bölker, Michael (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2014
Biologie
Subjects:
GEF
Online Access:PDF Full Text
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Description
Summary:Kleine GTPasen der Rho-Familie dienen als molekulare Schalter an einer Vielzahl zellulärer Prozesse, wie zum Beispiel der Sekretion und dem polaren Wachstum. Dabei wechseln sie von einer inaktiven GDP-gebundenen zu einer aktiven GTP-gebundenen Konformation, in der sie mit Effektoren interagieren. Der Austausch von GDP zu GTP wird durch Guanin-Nukleotid-Austauschfaktoren (GEFs) katalysiert. Neben den bekannten Rho-GEFs der Dbl- und Dock180-Familie gibt es einen weiteren, ungewöhnlichen GEF, SmgGDS, welcher aus einer Reihe von Armadillo-Wiederholungen besteht. In der vorliegenden Arbeit wurde zum ersten Mal die Funktion dieses in Säugern und Pilzen stark konservierten GEFs in einem pilzlichen Organismus untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass Gds1 in dem phytopathogenen Pilz U. maydis als ein spezifischer Aktivator der kleinen GTPase Rac1 wirkt und an der Ausbildung des filamentösen Wachstum beteiligt ist. Biochemische Analysen zeigten, dass die Aktivierung von Rac1 durch Gds1 grundsätzlich auf eine andere Art und Weise erfolgt, als es von den GEFs der Dbl-Familie bekannt war. Diese unterscheiden zwischen den in ihrer Sequenz sehr ähnlichen GTPasen Rac1 und Cdc42 durch eine konservierte Aminosäure an Position 56. Gds1 benötigt dagegen für die Spezifitätsbestimmung die ersten 157 Aminosäuren von Rac1. Auf Seiten des GEFs konnte gezeigt werden, dass zwei konservierte Aminosäuren, Asparagin N600 und Arginin R603, eine wichtige Rolle für die katalytische Funktion von Gds1 spielen. Neben dem filamentösen Wachstum, konnte für Gds1 auch eine Funktion während der pathogenen Entwicklung ermittelt werden, da eine Deletion von gds1 zu einer reduzierten Virulenz führt. Zudem konnten Interaktionen von Gds1 mit mehreren Komponenten der pathogenen Entwicklung, wie beispielweise den Plasmamembranproteinen Msb2 und Sho1, der MAPKKK Kpp4 und dessen interagierendem Protein Ubc2, gezeigt werden. Es wird daher vermutet, dass Gds1 während der pathogenen Entwicklung als ein potentielles Gerüstprotein agiert. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde mit dem Exozyst-Komplex ein Effektor kleiner GTPasen untersucht. Dieser aus 8 Proteinen bestehende Komplex ist in Pflanzen, Pilzen und Tieren sehr konserviert. Mit Hilfe der beiden Landmark-Proteine Sec3 und Exo70, die beide Teil des Komplexes sind, wird an der Plasmamembran der Ort für eine Exozytose markiert. Dabei wird die Lokalisation und Funktion der Landmark-Proteine unter anderem durch Interaktionen mit Rho-GTPasen reguliert. Gleichzeitig vermittelt der Exozyst-Komplex die Fusion von sekretorischen Vesikeln mit der Zielmembran. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass es sich bei Exo70 aus U. maydis um kein essentielles Landmark-Protein für die Exozytose handelt. Es erscheint aber wahrscheinlich, dass Exo70 vermutlich eine teilweise redundante Funktion zu Sec3 besitzt. Weiterhin hat sich gezeigt, dass Sec3 aus U. maydis im Gegensatz zu den Varianten anderer Organismen nicht mit der aktiven Form der Rac1 GTPase sondern bevorzugt mit der GDP-gebundenen Form interagiert. Nähere Untersuchungen des Zusammenspiels von Sec3 und der interagierenden GTPase Rac1 während des polaren Wachstums haben ergeben, dass die Lokalisation von Sec3 unabhängig von Rac1 ist.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2014.0410