English Title: Identification and characterisation of a new target gene of the transcription factor ASH1 & Characterisation of Candida albicans ASH1 in Saccharomyces cerevisiae

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Abstract

Die Erzeugung verschiedener Zelltypen ist für einen multizellulären Organismus eine Grundvoraussetzung für sein Bestehen. Welche Funktionen und Aufgaben die verschiedenen Zellen übernehmen, wird durch eine differentielle Genexpression bestimmt. Ein Mechanismus, um eine Asymmetrie zu erzeugen, ist die räumlich begrenzte Expression von Proteinen durch die Lokalisation von deren mRNA. Die asymmetrische Zellteilung ist nicht nur für multizelluläre Organismen essentiell, man findet sie auch in einzelligen Eukaryonten wie der Hefe Saccharomyces cerevisiae. Die Lokalisation der ASH1 mRNA an die Knospenspitze sich teilender Hefezellen resultiert in einer asymmetrischen Verteilung des GATA-ähnlichen Transkriptionsfaktors Ash1p. Es handelt sich um einen Myosin-abhängigen Transport eines Ribonucleoprotein-Partikels (RNP) an die kortikale Spitze der Tochterzelle. Möglicherweise handelt es sich hier um eine generelle mRNA Transportmaschinerie, da neben ASH1 mRNA noch einige andere mRNAs, wie z.B. IST2 mRNA lokalisiert werden. Die asymmetrische Verteilung von Ash1p im Zellkern der Tochter verhindert, dass dieselbige ihren Paarungstyp wechselt. GATA-ähnliche Faktoren wie Ash1p können sowohl als Repressoren als auch als Aktivatoren fungieren. In haploiden Hefezellen unterdrückt Ash1p im Tochterzellkern die Expression der HO-Endonuclease, ein Enzym das den Paarungstypwechsel in der Hefezelle steuert. Folglich ist nur die haploide Mutterzelle in der Lage ihren Paarungstyp zu wechseln. Ash1p ist jedoch auch in diploiden S. cerevisiae Zellen asymmetrisch verteilt und hat eine bislang ungeklärte Rolle in der pseudohyphalen Differenzierung der Hefezellen. Im Rahmen dieser Arbeit konnte ich neben der HO-Endonuclease ein weiteres Zielgen des GATA-ähnlichen Transkriptionsfaktors ASH1 identifizieren. Es handelt sich hierbei um das PHO85-Cyclin PCL5. Pho85-Cyclin Komplexe spielen eine Rolle in der Zellmorphogenese, der Zelldifferenzierung, dem Metabolismus und dem Zellzyklus. Phänotypische Analysen zeigten, daß die Regulation von PCL5 durch ASH1 und im weiteren Sinne durch das Myosin MYO4 in die morphologische Differenzierung der Hefezelle eingreift. Ich konnte des weiteren zeigen, daß die Transkription von PCL5 Ploidie-spezifisch und Nährstoff-abhängig reguliert wird. Mit Hilfe von mRNA-Lokalisationstudien und Immunfluoreszenzanalysen konnte ein Modell entwickelt werden. Wir schlagen vor, daß PCL5 ein Signalgeber zur Beladung des Myo4-Transportmoleküls mit mRNA ist, welches in der korrekten Lokalisation von ASH1 und IST2 mRNA in die Tochterzelle resultiert. Die folgende asymmetrische Verteilung der Ash1 und Ist2 Proteine ist somit PCL5-abhängig. Pcl5 Protein selbst zeigt ebenfalls eine asymmetrische Verteilung im Zellkern der Mutter. Diese asymmetrische Verteilung wiederum ist Ploidie-spezifisch ASH1- und MYO4-abhängig. Ash1p kontrolliert nicht nur die Genexpression von PCL5 sondern veranlasst auch die Degradation von Pcl5p. Der Transkriptionsfaktor ASH1 erlaubt es der diploiden Hefezelle, auf Veränderungen der Umwelt zu reagieren. Eine Antwort auf Umweltveränderungen stellt auch der Dimorphismus vieler Pilze wie Saccharomyces cerevisiae und Candida albicans dar. Im Rahmen dieser Arbeit konnte ich zeigen, daß das C. albicans ASH1-Homolog (CaASH1) in S.cerevisiae auf Grund der Lokalisation der CaASH1 mRNA in die Tochterzelle ebenfalls eine asymmetrische Verteilung des CaAsh1 Proteins vorweist. Komplementierungsstudien zeigten überdies eine konservierte Funktion von ASH1 in der pseudohyphalen Differenzierung von Hefezellen. Mit dieser Arbeit konnte so nicht nur ein Fortschritt im Hinblick der Grundlagenforschung der asymmetrischen Zellteilung erbracht werden, sondern es wurde ebenso eine Basis geschaffen für weitere medizinisch relevante Studien hinsichtlich des Dimorphismus des humanpathogenen Pilz C.albicans.