Regulation and communication between the NRD kinase COT1, the MAK2 MAP kinase and the Striatin complex in Neurospora crassa
Regulation und Kommunikation zwischen der NDR kinase COT1, der MAK2 MAP kinase Kaskade und des Straitinkomplexes in Neurospora crassa
von Anne Dettmann
Datum der mündl. Prüfung:2011-08-23
Erschienen:2012-02-22
Betreuer:PD Dr. Stephan Seiler
Gutachter:PD Dr. Stephan Seiler
Gutachter:Prof. Dr. Stefanie Pöggeler
Gutachter:Prof. Dr. Reinhard Jahn
Dateien
Name:dettmann.pdf
Size:4.45Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
Zusammenfassung
Englisch
Establishment and maintenance of cellular polarity are important and fundamental processes in eukaryotes, which have to be coordinated with cell division, differentiation, and cell growth. In the filamentous fungus Neurospora crassa the NDR kinase COT1 is involved in the coordination of polar hyphal tip extension and loss of this kinase leads to cessation of hyphal tip extension and formation of a hyperbranched mycelium. NDR kinases gain their full kinase activity by phosphorylation at two conserved sites. During this work it is shown that COT1 forms homodimers via the conserved N-terminal extension, which is also required for the interaction of the kinase with its adaptor proteins MOB2A and MOB2B. The phosphorylation of Thr589 in the hydrophobic motif of COT1 by POD6 further stimulates COT1 by induction of a conformational change in the kinase. HYM1/MO25-type proteins function as co-activators of GC kinases, which regulate cell morphogenesis and proliferation through the activation of NDR kinases. We show that HYM1 functions as scaffold for the POD6-COT1 GC-NDR kinase complex. In addition, HYM1 is also critical for the NRC1-STE7-MAK2 MAP kinase pathway, which regulates vegetative cell-cell communication and sexual development. HYM1 interacts with all three kinases of the MAK2 MAP kinase cascade and co-localizes with MAK2 at the apex of growing cells. hym-1 mutants phenocopy all defects observed for MAK2 pathway mutants by abolishing MAK2 activity. These data identify HYM1 as novel regulator of the NRC1-STE7-MAK2 pathway and establish HYM1 as central player for coordinating NDR and MAP kinase signaling during cell polarity, cell communication and sexual development. Additionally, literature studies described a link between GC kinases, MAP kinases and the striatin complex which play important roles in endocytosis, signal transduction and cell adhesion. The striatin homologue HAM3 in N. crassa and its interaction partner MOB3 display the same developmental and morphological defects like observed for hym-1 and MAP kinase mutants. All data indicate interactions between the COT1 signaling, the MAK2 kinase pathway and the Striatin complex and their importance for sexual development and polar growth.
Keywords: filamentous fungi; polar growth; NDR kinases; MAP kinases; signal transduction; scaffold protein
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Die Etablierung und Aufrechterhaltung der Zellpolarität sind wichtige und grundlegende Prozesse in Eukaryoten, die koordiniert werden müssen mit Zellteilung, Differenzierung und Zellwachstum. In dem filamentösen Pilz Neurospora crassa ist die NDR Kinase COT1 an der Koordination der polaren Verlängerung der Hyphenspitze beteiligt und der Verlust der Kinase COT1 führt zur Einstellung der Hyphenspitzenverlängerung und der Ausbildung eines hyperverzweigten Erscheinungsbildes. NDR Kinasen erlangen ihre vollständige Kinaseaktivität durch Phosphorylierung an zwei konservierten Resten. Während dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass COT1 Homodimere mit der N-terminalen konservierten Verlängerung bildet, die auch nötig ist für die Interaktion zwischen der Kinase und dessen Adaptorproteinen MOB2A und MOB2B. Die Phosphorylierung am Thr589 durch POD6 im hydrophoben Motiv von COT1 stimuliert COT1 durch eine Konformationsänderung in der Kinase. HYM1/MO25-ähnliche Proteine fungieren als Co-Aktivatoren von GC Kinasen, die durch die Aktivierung von NDR Kinasen Zellmorphologie und Zellteilung regulieren. Wir zeigen, dass HYM1 als Gerüstprotein für den POD6-COT1 GC-NDR Kinase-Komplex fungiert. Darüberhinaus, ist HYM1 wichtig für den NRC1-STE7-MAK2 MAP-Kinaseweg, welcher die vegetative Zell-Zellkommunikation und die sexuelle Entwicklung reguliert. HYM1 interagiert mit allen drei Kinasen der MAK2 MAP Kinasekaskade und co-lokalisiert mit MAK2 an der Spitze von wachsenden Zellen. Eine HYM1 Mutante zeigt alle Defekte, die man auch bei Mutanten des MAK2 Weges, durch Fehlen der MAK2 Aktivität, feststellen kann. Mit Hilfe dieser Daten wurde HYM1 als neuer Regulator des NRC1-STE7-MAK2 Signalweges identifiziert und beschreibt HYM1 als zentralen Punkt zur Koordination des NDR und MAP Kinase Signalweges während der Zellpolarität, Zellkommunikation und sexuellen Entwicklung. Außerdem wurde in Literaturstudien ein Zusammenhang zwischen GC Kinasen, MAP Kinasen und dem Striatinkomplex beschrieben, welcher eine tragende Rolle bei der Endocytose, Signalweiterleitung und Zelladhäsion spielt. Das Striatinhomolog HAM3 in N. crassa und dessen Interaktionspartner MOB3 zeigen dieselben Entwicklungs- und Morphologiedefekte, welche man auch in den hym-1 und mak-2 Mutanten beobachten kann. All diese Daten beschreiben Interaktionen zwischen dem COT1 Signalweg, der MAK2 MAP Kinase Kaskade und dem Striatinkomplex, sowie ihre Notwendigkeit für die sexuelle Entwicklung und polares Wachstum.
Schlagwörter: Filamentöse Pilze; polares Wachstum; NDR Kinase; MAP kinase; Signaltransduktion; Gerüstprotein