Regulation of fungal polar tip extension through NDR kinase signalling

Abstract

NDR Kinasen spielen eine wichtige Rolle bei der Zelldifferenzierung und morphologischen Prozessen. Über die Regulation von NDR Kinasen und die Vernetzung von NDR Kinase-Signaltransduktionsmodulen ist bisher wenig bekannt. In dem filamentösen Pilz Neurospora crassa ist die NDR Kinase COT1 an der Regulation des polaren Hyphenwachstums beteiligt. Ein Funktionsverlust von COT1 führt zu einem Stopp des Spitzenwachstums und zu einem kompakten, stark verzweigten Phänotyp Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die MAPK (Mitogen-aktivierten Proteinkinasen) MAK1 und MAK2 und deren Signalkaskaden auf genetischer Ebene mit dem COT1-Signalweg interagieren. mak-2 ist in der Lage den cot-1 Phänotyp durch eine Reduktion der PKA (Proteinkinase A) Aktivität zu supprimieren. Die Aktivierung von MAK1 in einem cot-1 Hintergrund wiederum unterdrückt partiell Defekte des mak-2 Signalweges, wie Fusions- und Wachstumsdefekte oder das Unvermögen als weiblicher Paarungspartner zu dienen. Die dargestellten Daten liefern einen Hinweis für eine Vernetzung des MAK1 bzw. MAK2 Signalweges mit der NDR Kinase COT1. Um katalytisch aktiv sein zu können, müssen NDR Kinasen zusammen mit einem MOB Protein, von denen es in N. crassa vier gibt (MOB1, MOB2A, MOB2B, und MOB3), einen Komplex bilden. Hier konnte gezeigt werden, dass die beiden MOB2 Proteine mit dem N-Terminus von COT1 interagieren und wichtig für die Aktivität und die Proteinstabilität von COT1 sind. MOB1 hingegen bildet einen Komplex mit DBF2, einer weiteren NDR Kinase in N. crassa, welche essentiell für die Septenbildung ist und eine wichtige Rolle bei der Konidienbildung und der sexuellen Entwicklung spielt. Für MOB3 ergab sich kein funktioneller Bezug zu den anderen drei MOB Proteinen oder den beiden NDR Kinasen. Neben der MOB-Assoziation benötigen NDR Kinasen für ihre Aktivierung eine Phosphorylierung an zwei konservierten Aminosäureresten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Aminosäure S417 im Aktivierungssegment von COT1 als cis Autophosphorylierungsstelle identifiziert. An der Phosphorylierung des zweiten konservierten Restes T589 im hydrophoben Motiv ist die Kinase POD6 beteiligt. Die Ergebnisse von in vitro Kinaseaktivitätsmessungen von COT1 und verschiedenen COT1-Mutationsvarianten korrelieren nicht immer mit der durch Wachstumsraten bestimmten in vivo Funktion. Ein mehrstufiges Aktivierungsmodell von COT1, welches Änderungen der Lokalisierung und der Konformation durch Phosphorylierung einbezieht, versucht diese Diskrepanz zu erklären.