Structure-Function Analysis of the Cell Polarity Determinants Bud8p and Bud9p in <i>Saccharomyces cerevisiae</i>

Abstract

Polarität stellt eine fundamentale zelluläre Eigenschaft von Lebewesen dar und ist eine Grundvoraussetzung für Orientierung und Überleben innerhalb einer mehrdimensionalen Umgebung. In dem eukaryotischen Modellorganismus Saccharomyces cerevisiae, der Bier- bzw. Bäckerhefe, wird Polarität im Rahmen der Zellteilung dann offensichtlich, wenn die Sprossung an einer bestimmten Stelle der Mutterzelle zur Abschnürung der Tochterzelle erfolgen soll. Dabei folgt die Sprossung in verschiedenen Zellformen nach genetisch determinierten Mustern: haploide a- bzw. α- Zellen sprossen nach einem axialen Sprossmuster, bei dem sowohl die Mutter- als auch die Tochterzelle die Sprossung vorwiegend am proximalen Zellpol beginnen; diploide a/α-Zellen der Hefeform sprossen nach einem bipolaren Muster, bei dem die Sprossung mit gleicher Wahrscheinlichkeit am proximalen oder distalen Zellpol beginnt. Eine Vielzahl von Genen bzw. deren Produkte sind zur Ausbildung derartiger Sprossmuster in S. cerevisiae notwendig. Einem aktuellen Modell zufolge dirigieren spezifische Markerproteine das Modul einer Polaritäts-Signaltransduktionskaskade zum Sprosspol, mit dem Ergebnis, dass Komponenten des Zytoskeletts dorthin ausgerichtet werden, um die Ausbildung des Tochtersprosses zu veranlassen. Vorangegangene Arbeiten hatten die Genprodukte Bud8p und Bud9p als räumliche Marker und Polaritätsdeterminanten charakterisiert, ohne jedoch genauere Erkenntnisse bzgl. deren Funktion und Rolle innerhalb der Polaritätsetablierung in Hefe zu liefern. Die in dieser Arbeit präsentierten Ergebnisse beschreiben neben Co-Lokalisierungsstudien eine detaillierte Struktur-Funktionsanalyse von mutanten Bud8- bzw. Bud9-Proteinen; im Ergebnis wurden hierbei distinkte Bereiche der jeweiligen Primärstruktur identifiziert, die zur Funktion, d. h. der Vermittlung des korrekten Sprossmusters, zur Lokalisierung oder für die Interaktion mit bestimmten Komponenten des als "Polarisom" bezeichneten Signaltransduktionsmoduls notwendig sind. Bestimmte Regionen spielen vermutlich eine Funktion bei der Interaktion mit Bud5p, einer Komponenten des GTPase-Signalmoduls, und mit Rax1p, einem Protein, das an der Ausbildung des bipolaren Sprossmusters beteiligt ist; andere Bereiche beider Proteine scheinen für die Freisetzung an der Zelloberfläche und an den Zellpolen wichtig zu sein. Darüber hinaus konnte festgestellt werden, dass der Transport von Bud8p und Bud9p durch den sekretorischen Weg zu den Zellpolen unabhängig von der Sec18p-Komponente des Sekretionsappararates zu sein scheint. Die erzielten Ergebnisse könnten eine Erklärung bieten, warum das bipolare Sprossmuster erst nach einigen Zyklen der Zellteilung etabliert ist. Sie erlauben außerdem die Verfeinerung des Modells zur Polaritätsvermittlung in S. cerevisiae.