CsnA Dependent Development and Regulation of Amino Acid Biosynthesis of the Filamentous Ascomycete Aspergillus nidulans
CsnA abhängige Entwicklung und Aminosäurebiosynthese im filamentösen Pilz Aspergillus nidulans.
von Oliver Draht
Datum der mündl. Prüfung:2005-11-02
Erschienen:2006-02-24
Betreuer:Prof. Dr. Gerhard Braus
Gutachter:PD Dr. Stefan Irniger
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Name:draht.pdf
Size:1.34Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
Zusammenfassung
Englisch
Aspergilli comprise a heterogenous group of filamentous fungi. The ascomycete Aspergillus nidulans represents a well studied eukaryotic model system for metabolism and development. Aspergillus oryzae and the opportunistic human pathogen A. fumigatus are deuteromycetes with significant impact on asian food industry and medical research respectively. This work focusses on the COP9 signalosome as an essential regulator of development in higher eukaryotes and the cross-pathway control of amino acid biosynthesis which regulates the cellular response to amino acid starvation conditions. Both networks are well conserved from yeast to human.The COP9 signalosome is a multiprotein complex with two major associated enzyme activities - associated kinase and de-ubiquitination activities and an additional intrinsic deneddylation activity. In this thesis, the relevance of the first subunit CsnA of the COP9 signalosome is investigated by expression of truncated CsnA peptides in csnA deletion strains. A deletion in csnA results in multiple pleiotrophic phenotypes. Expression of the truncated CsnA proteins made it possible to separate functions of the COP9 holoenzyme from CsnA functions. The C-terminal part of CsnA seems to be essential for integration into the COP9 signalosome and maintaining the structural integrity and activities of the complex. The N-terminal of CsnA seems to play a role in regulation of formation of aerial hyphae. During the course of the manual annotation of the genomes of the three fungi A. nidulans, A. fumigatus and A. oryzae the constituent genes of the cross-pathway control of amino acid biosynthesis (cpc) in comparison to higher and lower eukaryotes were investigated. The results show that basic mechanisms of the cpc of these filamentous fungi resemble those of yeast and are less complex than in higher eukaryotes. The external and internal amino acid sensing and uptake system of amino acids rather resembles that of mammals than of unicellular yeasts. This indicates a possible role of amino acid uptake systems in regulation of cellular growth and development similar to that of mammalian cells.The transport of the central transcription factor CpcA into the nucleus was investigated in S. cerevisiae and in A. nidulans. Efficient transport to the nucleus requires the nuclear localisation signal. In S. cerevisiae two importins Srp1p and Kap95p were identified to be essential for transport of CpcA into the yeast nucleus. In silico investigations in the Aspergillus genomes revealed the highly similar proteins SrpA and KapA that might be involved in nuclear transport of CpcA in A. nidulans.
Keywords: Aspergillus; COP9 signalosome; CsnA; General control of amino acid biosynthesis; cross-pathway control of amino acid biosynthesis; CpcA
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Die Familie der Aspergillen ist eine sehr heterogene Gruppe filamentöser Pilze. Aspergillus nidulans ist ein wichtiger eukaryotischer Modellorganismus für Metabolismus- und Entwicklungsstudien. Aspergillus oryzae ist von großer biotechnologischer Bedeutung in der asiatischen Lebensmittelindustrie, wohingegen der opportunistische humanpathogene Pilz A. fumigatus von wachsender medizinischer Bedeutung ist. Diese Arbeit konzentriert sich auf das COP9 Signalosom, einen essentiellen, eukaryontischen Entwicklungsregulator und die generelle Kontrolle der Aminosäurebiosynthese (gc). Die generelle Kontrolle regelt die zelluläre Antwort auf Aminosäuremangel. Beide Netzwerke sind von der Bäckerhefe bis zum Menschen hoch konserviert.Das COP9 Signalosom ist ein Multiproteinkomplex, dessen wichtigste zugehörige enzymatische Aktivitäten aus Kinase- und De-ubiquitinierungsaktivitäten und einer intrinsischen Deneddylaseaktivität bestehen. Diese Arbeit untersucht die Relevanz der ersten Untereinheit des COP9 Signalosoms CsnA anhand der Expression von verkürzten Proteinvarianten. csnA Deletionsmutanten weisen diverse pleiotrophe Phänotypen auf. Die Expression von verkürzten CsnA Peptiden ermöglichte es, die Funktionen des COP9 Signalosoms von Aktivitäten des CsnA Proteins zu trennen. Der CsnA C-Terminus ist wichtig für die Aufrechterhaltung des Komplexzusammenhalts und der COP9 Aktivitäten. Der CsnA N-Terminus hingegen scheint eine wichtige Rolle in der Regulation der Ausbildung von Lufthyphen zu spielen. Im Zuge der manuellen Annotation der Genome der Pilze A. nidulans, A. fumigatus und A. oryzae wurden grundlegende Gene der generellen Kontrolle der Aminosäurebiosynthese (cpc) im Vergleich zu niederen und höheren Eukaryonten untersucht. Die Resultate der Untersuchung zeigen, daß die grundlegenden Mechanismen der cpc der filamentösen Pilze eher denen der Hefen ähneln und etwas weniger komplex als bei höheren Organismen sind. Die externen und internen Sensoren und die Aufnahmesysteme für Aminosäuren hingegen scheinen eher denen höherer Eukaryonten zu ähneln als denen einzelliger Hefen. Die Ergebnisse weisen darauf hin, daß die Aufnahme- und Sensorsysteme für Aminosäuren einen Einfluß auf das Wachstum und die Entwicklung der Pilze haben könnten, wie man sie aus Säugersystemen kennt.Die Untersuchung des Transports des zentralen Transkriptionsfaktors der cpc CpcA in den Zellkern wurde in S. cerevisiae und A. nidulans untersucht. Für einen effizienten Transport in den Nukleus ist das Kernlokalisierungssignal von CpcA notwendig. In der Bäckerhefe wurden zwei Importine Srp1p und Kap95p identifiziert, die essentiell für den Kerntransport von CpcA sind. Diese wurden auch hoch konserviert in in silico Untersuchungen in den Aspergillengenomen wiedergefunden. Die hypothetischen Aspergillenproteine SrpA und KapA könnten auch in Aspergillus notwendig für den Kerntransport von CpcA sein.
Schlagwörter: Aspergillus; COP9 signalosom; CsnA; Allgemeine Kontrolle der Aminosäurebiosynthese; CpcA