German Title: Rolle der Glykogen Synthase Kinase (GSK) in der Temperaturkompensation der circadianen Uhr von Neurospora crassa

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Abstract

Circadian clocks are biological oscillators that allow organisms to accurately predict and adjust to the rhythmic changes in the environment which increases their fitness. These oscillators are found in every cell and have three fundamental properties: they are endogenous, entrainable and temperature compensated. The former two properties of the clock are well studied. However, it is currently unknown how clocks accurately keep the time independent of the ambient temperature, a phenomenon known as “temperature compensation”. This is particularly important for poikilothermic organisms that cannot control their body temperature and yet still have accurate circadian clocks. We used Neurospora crassa as a eukaryotic circadian clock model organism and showed that Glycogen synthase kinase (GSK) binds and specifically phosphorylates White Collar 1 (WC-1), which is the critical and rate-limiting positive element of the Neurospora clock. We found that these phosphorylations decrease the WC-1 stability in a temperature dependent manner. Our data completes the picture in our current understanding of temperature compensation of circadian clocks and shows that temperature compensation in Neurospora crassa is achieved by opposing functions of two kinases (GSK and CK2) on the positive (WCC) and negative (FRQ) elements of the clock, respectively. Since both kinases are well conserved among eukaryotes, it is also possible that this mechanism of temperature compensation is conserved among other eukaryotic circadian clocks.

Translation of abstract (German)

Circadiane Uhren sind biologische Oszillatoren, die es Organismen ermöglichen, rhythmische Änderungen in der Umwelt vorherzusagen und sich auf diese einzustellen. Diese Oszillatoren haben drei fundamentale Eigenschaften: sie sind endogen, trainierbar und temperaturkompensiert. Die ersten beiden Eigenschaften der Uhr wurden bereits eingehend studiert. Bis heute ist jedoch nicht bekannt, wie die zellulären Uhren unabhängig von der Umgebungstemperatur akkurat Zeit messen können, ein Phänomen, das als Temperaturkompensation bezeichnet wird. Vor allem für poikilotherme Lebewesen, die ihre Körpertemperatur nicht selbst regulieren können, ist diese Eigenschaft sehr wichtig. Im eukaryontischen Modellorganismus, Neurospora crassa, haben wir gezeigt, dass Glykogen Synthase Kinase (GSK) den Transkriptionsfaktor White Collar 1 (WC-1) bindet, spezifisch phosphoryliert und damit temperaturabhängig dessen Stabilität reguliert. WC-1 ist das limitierende, positive Element in der Neurospora Uhr und bildet mit WC-2 den White Collar Complex (WCC). Bei erhöhten Temperaturen wird WC-1 durch GSK-vermittelte Phosphorylierung destabilisiert. Die vorliegenden Daten vervollständigen das Bild dessen, wie wir uns gegenwärtig das Prinzip der Temperaturkompensation circadianer Uhren vorstellen. Sie zeigen, dass Temperaturkompensation bei Neurospora crassa von zwei entgegengesetzt wirkenden Kinasen (GSK und CK2) bewerkstelligt wird, welche auf die jeweils positiven (GSK auf WCC) und negativen (CK2 auf FRQ) Elemente der Uhr einwirken. Da beide Kinasen in Eukaryonten gut konserviert sind, ist es sehr gut möglich, dass dieser Temperaturkompensationsmechanismus bei eukaryontischen circadianen Uhren ebenfalls konserviert und weit verbreitet ist.