Blue light-dependent development of the filamentous fungus Aspergillus nidulans

Abstract

Zahlreiche Studien belegen, dass in Pilzen Entwicklungsprozesse und die Produktion von Sekundärmetaboliten gekoppelt sind, die molekulare Mechanismen dieses Zusammenhangs sind jedoch bislang unbekannt. Dabei scheint Licht ein Umweltfaktor zu sein, der diese Prozesse bedingt. In dieser Arbeit wurde die lichtvermittelte Synchronisation der Fruchtkörperbildung mit dem Sekundärmetabolismus des pilzlichen, filamentösen Modelorganismus Aspergillus nidulans erforscht. Die Lichtantwort dieses Pilzes wurde durch Analyse eines Cryptochrom-artigen Genprodukts als potentiellen Blaulichtrezeptor untersucht. Das Genom von A. nidulans beinhaltet ein einziges, als cryA bezeichnetes Gen, das für ein Cryptochrom- bzw. Photolyase-artiges Protein kodieren könnte. Eingehende experimentelle Untersuchungen zeigten, dass CryA von A. nidulans ein einzigartiges Protein der Cryptochrom/Photolyase-ähnlichen Proteinfamilie darstellt, da es aufgrund seiner dualen Funktionsweise die Genexpression in A. nidulans reguliert: UV-induzierte DNA-Schäden werden von CryA sowohl in einem reparaturdefizienten E. coli-Stamm als auch in A. nidulans behoben. Expressionstudien zeigten, dass es darüber hinaus eine bislang unbekannte Transkriptionsregulationsschleife reguliert, die das lichtabhängige Regulatorprotein velvet beinhaltet. Die Expression des kodierenden veA-Gens wird durch die CryA-Aktivität beeinflusst. Das velvet A (veA)-Gen von A. nidulans ist eine essentielle Komponente der Regulation der lichtabhängigen sexuellen Entwicklung, deren Funktion durch Tages- bzw. Rotlicht inhibiert und in Dunkelheit aktiviert wird. veA reprimiert in A. nidulans die asexuelle Entwicklung und unterstützt die Bildung sexueller Fruchtkörper. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Orthologes in dem heterothallischen Pilz Neurospora crassa identifiziert, und es konnte gezeigt werden, dass das velvet-Gen aus N. crassa, ve-1, sowohl strukturell als auch funktionell konserviert ist. Darüber hinaus reguliert es die Pilzentwicklung, veranschaulicht durch das Erscheinungsbild (verkürzte Hyphen, vermehrte asexuelle Sporulation) entsprechender Mutanten. Über seine Rolle innerhalb der sexuellen Differenzierung in A. nidulans hinaus ist VeA auch an der Regulation des Sekundärstoffwechsels beteiligt. Deletion von veA führt zur vollständigen Blockade der Kleistothezienentwicklung, der Sterigmatocystinproduktion und zu einer verminderten Expression von Genen, die zur Penizillinbiosynthese benötigt werden. Die molekularen Grundlagen dieser Verbindung von Lichtregulation und Sekundär-metabolismus sind bislang unbekannt und sollten innerhalb dieser Arbeit ebenfalls untersucht werden. Hierfür wurden Interaktionspartner von VeA mittels des sog. Tandem-Affinity-Purification (TAP)-tag-Ansatzes identifiziert. Dabei stellte sich heraus, dass VeA in einem trimeren Proteinkomplex vorliegt, bestehend aus VelB, VeA und der potentiellen LaeA-Methyltransferase, einem Hauptregulator des Sekundärmetabolismus. Dieser hier erstbeschriebene Velvetkomplex reguliert anscheinend sowohl die lichtabhängige sexuelle Entwicklung als auch den Sekundärmetabolismus von A. nidulans.