Analysis of Neuronal Diseases in the Model Organism <i>Aspergillus nidulans</i>

Abstract

Bei neuronalen Krankheiten kann es zu abnormalen Aggregaten von Schlüsselproteinen oder zur Fehlfunktion von Transportvorgängen während der Entwicklung von Nervenzellen kommen. Während die neurodegenerative Krankheit Parkinson viele ältere Menschen betrifft, leiden insbesondere Kinder unter der Krankheit Lissenzephalie Typ 1. Bei der Parkinson Krankheit kann das menschliche Protein α-Synuklein (αSyn) in hohem Maße angereichert sein, was zur Aggregation desselben führt, wogegen bei Lissenzephalie die Neuronenwanderung durch Mutationen im menschlichen Lis1-Gen während der Embryogenese beim Menschen beeinträchtigt ist. Zellen des filamentösen Pilzmodels Aspergillus nidulans wurden verwendet, um sich mit ungelösten Fragen beider Krankheiten zu beschäftigen. Sowohl Wildtyp αSyn als auch im Patienten gefundende mutierte Allele wurden heterolog im Pilz expremiert, haben das Pilzwachstum aber nicht signifikant beeinflusst. Dass den small ubiquitin like modifier SUMO1 kodierende sumO-Gen wurde deletiert, um sich mit der Frage zu beschäftigen, ob SUMO1 die Stabilität oder die Aggregation von αSyn beeinflusst. Die ΔsumO-Mutante (ohne αSyn) zeigte, dass Sumoylierung essentiell für die Produktion von sexuellen Ascosporen und normal großen Fruchtkörpern (Kleistothecien) in A. nidulans ist. Durch die Deletion von sumO wies der Pilz zudem eine fehlende Reaktion auf Licht, eine reduzierte Produktion von asexuellen Sporen (Konidien) sowie veränderte Konidiophorenmorphologie auf. Zusätzlich zeigte der ΔsumO-Stamm eine stärkere Empfindlichkeit gegenüber DNA-schädigenden Agenzien und oxidativem Stress. Nach der heterologen Expression konnte die Sumoylierung von αSynWT in vivo im Pilz gezeigt werden, was bisher nur in vitro gelang. Die Expression von drei Kopien von αSynA30P führte zu einem beträchtlichen Wachstumsrückgang der ΔsumO-Mutante. Fehlende Sumoylierung führt zu geringerer Stabilität des GFP-αSynWT Fusionsproteins und zu Aggregaten von GFP-αSynA53T. Dies lässt vermuten, dass in Zellen des Wildtyp-Pilzes Sumoylierung der Degradation von αSynWT entgegenwirkt und die Bildung von αSynA53T-Aggregaten verhindert. Des Weiteren schützt Sumoylierung den Pilz vor einer durch gesteigerte Mengen an αSynA30P in der ΔsumO-Mutante hervorgerufenen Wachstumsbeeinträchtigung. Mutationen im zum menschlichen Lis1 homologen nudF-Gen von A. nidulans führt zu gestörter Kernwanderung im Pilz. NUDF wird durch NUDC im Rahmen eines bisher nicht völlig verstandenen Mechanismus reguliert. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass NUDC am Zellkortex, im Cytoplasma und an den Spindelpolen in A. nidulans vorhanden ist. Außerdem konnte herausgefunden werden, dass eine Interaktion von NUDC und NUDF durch die WD40-Domäne von NUDF vermittelt wird und im Cytoplasma nahe dem Kortex und an den Spindelpolen stattfindet.