Regulation of gene expression and adhesion in <i>Saccharomyces cerevisiae</i>

Abstract

Adhäsion stellt einen wichtigen Faktor bei der Virulenz pathogener Pilze dar. In dem Modellorganismus Saccharomyces cerevisiae ist die Adhäsion an Substraten oder an anderen Zellen abhängig vom Nährstoffangebot und Bestandteil komplexer Entwicklungsprozesse, wie dem haploiden invasiven Wachstum oder der Bildung von Pseudohyphen diploider Zellen. Adhäsion per se kann auch durch einen Mangel an Aminosäuren induziert werden. Diese spezifische Adaption benötigt das Adhäsin Flo11p und den Transkriptionsaktivator der Allgemeinen Kontrolle der Aminosäurebiosynthese` Gcn4p. Um spezifisch regulierte Gene zu identifizieren, wurde Adhäsion durch Aminosäuremangel induziert und eine genomweite Transkriptionsanalyse von ∑1278b Hefezellen durchgeführt. 22 neue Gene waren durch Aminosäuremangel induzierbar. 72 Gene aus verschiedenen funktionellen Gruppen zeigten eine bisher nicht bekannte Abhängigkeit von Gcn4p unter zur Adhäsion führenden Bedingungen. Zusätzlich wurden zahlreiche Gene identifiziert, die durch Aminosäuremangel Gcn4p-unabhängig induziert werden. Um regulierte Proteine unter zur Adhäsion führenden Bedingungen zu identifizieren, wurden 2-D-DIGE-Experimente mit ∑1278b Hefezellen durchgeführt. Sieben Proteinpunkte zeigten eine stark erhöhte Intensität unter Aminosäuremangel. Diese Proteinpunkte wurden durch Massenspektrometrie als Cpc2p, Efb1p, His1p, Hsp60p, Sod1p, Tpi1p und Tpm1p identifiziert. Ein Vergleich mit den entsprechenden Transkriptom-Daten ergab, dass unter Aminosäuremangel nur die mRNA Menge des HIS1-Gens signifikant erhöht ist. In Hefezellen führt eine Deletion des CPC2-Gens, welches für ein hoch konserviertes G?-artiges WD-Protein kodiert, zu einem Verlust der Adhäsion bei mangelhafter Versorgung mit Aminosäuren. Ein funktionales CPC2-Gen wird auch für die basale Expression von FLO11 und dessen Aktivierung unter Aminosäuremangel benötigt. Die adhäsionsabhängigen Entwicklungsprozesse des haploiden invasiven und diploiden Pseudohyphen-Wachstums sind ebenfalls abhängig von CPC2. Bei Verwertung der fermentierbaren Kohlenstoffquelle Glukose kommt es zur Induktion der CPC2-Transkription. CPC2-Promotoranalysen wurden durchgeführt, um diese Regulation zu untersuchen. Dabei wurden zwei stromaufwärts liegende Aktivierungselemente identifiziert, die für die basale Expression und Regulation von CPC2 benötigt werden. Der Forkhead`-artige Transkriptionsfaktor Fhl1p und sein Co-Faktor Ifh1p wurden als trans-agierende Elemente identifiziert. Ein Verlust von FHL1 verringert die CPC2 Transkription signifikant in Anwesenheit von Glukose, während erhöhte Mengen von Ifh1p auch bei Verwertung der nicht-fermentierbaren Kohlenstoffquelle Ethanol die CPC2-Transkription induzieren.