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dc.contributor.advisor Seiler, Stephan PD Dr. de
dc.contributor.author Richthammer, Corinna de
dc.date.accessioned 2012-04-16T14:54:39Z de
dc.date.available 2013-01-30T23:51:05Z de
dc.date.issued 2011-04-07 de
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-ADFE-3 de
dc.description.abstract Rho-GTPasen sind kleine G-Proteine der Ras-Superfamilie, die als molekulare Schalter wirken: Im GTP-gebundenen Zustand aktivieren sie eine Vielzahl von Effektorproteinen, wohingegen sie durch die Hydrolyse des GTPs wieder inaktiviert werden. Rho-GTPasen nehmen eine Schlüsselstellung in zahlreichen Signaltransduktionswegen ein, die so grundlegende zelluläre Prozesse wie Zellmigration, Zellzyklusfortschritt und Zellpolarität regulieren. Rho-Guaninnukleotid-Austauschfaktoren (RhoGEFs) und Rho-GTPase-aktivierende Proteine (RhoGAPs) beschleunigen die Bindung von Nukleotiden bzw. deren Hydrolyse durch Rho-GTPasen und bestimmen, wie zunehmend deutlich wird, in erheblichem Maß das räumliche und zeitliche Aktivitätsmuster von Rho-GTPasen. Man geht heute davon aus, dass eine präzise Regulierung von Rho-GTPasen einer der entscheidenden Faktoren ist, die die Ausbildung höchst unterschiedlicher polarer Strukturen in verschiedenen Zelltypen und Organismen ermöglichen. Daher ist die Untersuchung von Faktoren, die die Aktivität von Rho-GTPasen kontrollieren, essentiell für das Verständnis morphogenetischer Prozesse. Während die einzelligen Hefen Saccharomyces cerevisiae und Schizosaccharomyces pombe die Grundmodelle für polares Wachstum darstellen, unterscheiden sich viele Pilze, darunter auch wichtige humanpathogene Arten, von ihren beiden gut untersuchten Verwandten durch die Fähigkeit zu filamentösem Wachstum, das zur Bildung lang ausgestreckter Hyphen führt. Die molekularen Mechanismen, die dieser extremen Form polaren Wachstums zugrunde liegen, werden erst in jüngster Zeit allmählich deutlicher, aber Rho-GTPasen und ihre Regulatoren scheinen bei der Steuerung der Hyphenmorphogenese eine wesentliche Rolle zu spielen. Das Genom des filamentösen Ascomyceten Neurospora crassa, eines anerkannten Modellorganismus, kodiert für sechs Rho-GTPasen und eine große Zahl mutmaßlicher Regulatoren, von denen der Großteil zu Beginn dieser Arbeit noch nicht charakterisiert war. Mittels in vitro GEF-Aktivitätstests wurde hier die Spezifität der RhoGEFs des Pilzes bestimmt. CDC24 zeigt ausgeglichene GEF-Aktivität gegenüber RAC und CDC42, während NCU10282 bevorzugt den Nukleotidaustausch in letzterer GTPase stimuliert. BUD3 aktiviert spezifisch RHO4, und NCU00668 wirkt als RHO1-spezifischer GEF, der möglicherweise durch eine intramolekulare Wechselwirkung autoreguliert wird. Weiterhin wird gezeigt, dass CDC24 ein essentielles Protein ist, das für die Etablierung und die Aufrechterhaltung polaren Wachstums in N. crassa benötigt wird. Außerdem müssen sich RAC und CDC42 eine essentielle Funktion teilen, da ihr gleichzeitiges Fehlen synthetisch letale Defekte bedingt, die denjenigen gleichen, die bei Verlust der Funktion ihres GEFs auftreten. Die gemeinsame Lokalisation von RAC und CDC42 am Apex und an Septen wachsender Hyphen unterstützt die Vorstellung, dass sich die Funktionen der beiden GTPasen teilweise überschneiden. Auch das Fehlen von NCU00668 oder RHO1 ist letal und verhindert in den betroffenen Zellen die Ausbildung von Polarität. Übereinstimmend damit weisen temperatursensitive Mutanten, deren RHO1-Aktivität beeinträchtigt ist, Polaritätsdefekte auf, die durch gleichzeitigen Verlust von rho-2 erheblich verschlimmert werden; die einfache Deletion von rho-2 führt zu milden morphologischen Anomalien. Wachstumstests in Gegenwart verschiedener Inhibitoren und MAK1-Aktivitätsbestimmungen lassen vermuten, dass die beobachteten synthetischen Defekte auf eine Redundanz der Funktionen beider GTPasen im Erhalt der Zellwandintegrität zurückzuführen sind. Erste Wechselwirkungsanalysen deuten darauf hin, dass die Aktivität der Proteinkinase C und des Formins BNI1 nur von RHO1, nicht aber von RHO2, kontrolliert wird. Parallel stützen Untersuchungen zur subzellulären Lokalisation von NCU00668, RHO1 und RHO2 die Annahme, dass die Komponenten dieses GTPase Moduls sowohl gemeinsame als auch individuelle Funktionen erfüllen; allerdings sind noch weitere Analysen nötig, um die Signalwege aufzudecken, mit deren Hilfe die beiden GTPasen den Erhalt einer schützenden Zellwandstruktur während des Hyphenwachstums sicherstellen. de
dc.format.mimetype application/pdf de
dc.language.iso eng de
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/ de
dc.title Rho GTPases and their regulators in cell polarity of the filamentous ascomycete Neurospora crassa de
dc.type doctoralThesis de
dc.title.translated Rho-GTPasen und ihre Regulatoren in Zellpolarität des filamentösen Ascomyceten Neurospora crassa de
dc.contributor.referee Seiler, Stephan PD Dr. de
dc.date.examination 2011-03-09 de
dc.subject.dnb 570 Biowissenschaften, Biologie de
dc.description.abstracteng Rho GTPases are small G proteins of the Ras superfamily that function as molecular switches, activating a variety of effector proteins when in the GTP-bound state and returning to inactivity upon hydrolysis of GTP. They play a key role in several signal transduction pathways regulating fundamental cellular processes including cell migration, cell cycle progression and cell polarity. Rho guanine nucleotide exchange factors (RhoGEFs) and Rho GTPase-activating proteins (RhoGAPs) enhance nucleotide binding and hydrolysis by Rho GTPases, respectively, and are increasingly acknowledged as crucial determinants of spatio-temporal Rho signalling activity. Concise orchestration of Rho GTPase function is thought to be one of the decisive factors allowing the formation of widely different polarized structures in distinct cell types and organisms, and thus investigations on the Rho regulatory machinery are pivotal for understanding morphogenetic processes. While the unicellular yeasts Saccharomyces cerevisiae and Schizosaccharomyces pombe are the paradigms for polarized growth, many members of the fungal kingdom, among them important human pathogens, are distinguished from their well-studied yeast relatives by their ability to grow in a filamentous mode, leading to the formation of highly elongated hyphae. Knowledge about the molecular mechanisms underlying this extreme form of polarized extension is only slowly beginning to accumulate, but Rho GTPases and their regulators appear to play an essential role in directing hyphal morphogenesis. The filamentous ascomycete Neurospora crassa is a widely acknowledged model organism, whose genome encodes six Rho GTPases and numerous putative regulators, most of which were uncharacterized at the start of this study. I have employed in vitro GEF activity assays to determine the target specificity of the predicted RhoGEFs of the fungus. CDC24 exhibits dual specificity towards the GTPases RAC and CDC42, while NCU10282 preferentially stimulates nucleotide exchange in the latter GTPase. BUD3 is identified as an activator of RHO4, and NCU00668 is established as a RHO1-specific GEF, which might be autoregulated by an intramolecular interaction. In subsequent experiments, I demonstrate that CDC24 is an essential protein required for the establishment and maintenance of polarized growth in N. crassa. Moreover, RAC and CDC42 must share an essential function, as their simultaneous depletion leads to synthetic-lethal defects that mimic loss of CDC24 function; their common localization to the apex and septa of growing hyphae further supports the notion of partial overlap in function between the two GTPases. Likewise, the absence of functional NCU00668 or its target GTPase RHO1 is lethal, resulting in cells that are unable to establish polarity. In accordance with the knockout phenotype, temperature-sensitive mutants compromised in RHO1 activity exhibit polarity defects, which are severely exacerbated by concomitant loss of rho-2, whose single deletion is associated with mild morphological aberrancies. Inhibitor growth tests and MAK1 activity assays indicate that the observed synthetic defects are most likely due to functional redundancy of the two GTPases in maintaining cell wall integrity. Initial characterization of effector interactions suggests that only RHO1, but not RHO2, directs activity of N. crassa protein kinase C and the formin BNI1. Preliminary analysis of the subcellular localization patterns of NCU00668, RHO1 and RHO2 overall corroborate the proposed overlap and distinctness in function among the components of this GTPase module, but further work is needed to elucidate the signalling pathways used by the two GTPases to maintain a protective cell wall structure during hyphal growth. de
dc.contributor.coReferee Pöggeler, Stefanie Prof. Dr. de
dc.subject.topic Biology (incl. Psychology) de
dc.subject.ger Rho-GTPase de
dc.subject.ger GEF de
dc.subject.ger Zellpolarität de
dc.subject.ger filamentöse Pilze de
dc.subject.eng Rho GTPase de
dc.subject.eng GEF de
dc.subject.eng cell polarity de
dc.subject.eng filamentous fungi de
dc.subject.bk 42.15 de
dc.subject.bk 42.30 de
dc.subject.bk 42.13 de
dc.identifier.urn urn:nbn:de:gbv:7-webdoc-2914-6 de
dc.identifier.purl webdoc-2914 de
dc.affiliation.institute Biologische Fakultät inkl. Psychologie de
dc.subject.gokfull WHA 000: Struktur und Ultrastruktur von Zellen und Geweben, Zellmorphologie {Cytologie} de
dc.subject.gokfull WUC 000: Struktur und Morphologie der Mikroorganismen {Mikrobiologie} de
dc.identifier.ppn 679715797 de

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