Secondary metabolism and development in the filamentous fungus <i>Aspergillus nidulans</i> - Activation of silent gene clusters and characterization of the SAM synthetase SasA

Abstract

Die Entdeckung neuer Sekundärmetabolite, welche zur Entwicklung neuer Antibiotika führen, gewinnt zunehmend an Bedeutung, da im Laufe der letzten Jahrzehnte die Ausbildung von mikrobiellen Resistenzen gegenüber etablierten Antibiotika stetig zunahm. Filamentöse Pilze weisen eine Vielzahl von Genclustern auf, die Enzyme für die Biosynthese von Sekundärmetaboliten kodieren. Allerdings sind große Teile dieser Gencluster unter Laborbedingungen reprimiert, was eine erfolgreiche Identifizierung der Sekundärmetabolite erschwert. Experimentelle Ansätze zur Aktivierung dieser Cluster basieren unter anderem auf Modifizierungen des zellulären Proteinsyntheseapparats. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein alternativer Ansatz angewandt, welcher den Proteindegradationsweg angreift. Die Deletion des hochkonservierten csnE/CSN5-Gens, welches eine Deneddylase-Untereinheit des COP9-Signalosoms kodiert, führt zu einer Fehlregulierung des Proteinabbaus, wodurch unter anderem Transkriptionsfaktoren für Gencluster stabilisiert werden, was folglich zu einer Aktivierung der Genexpression des gesamten Clusters führt. Mithilfe dieser Methode konnte ein neues Polyketidsynthase-Gencluster und sein Produkt als 2,4-dihydroxy-3-methyl-6-(2-oxopropyl)benzaldehyde (DHMBA) identifiziert werden. Unseres Wissens ist dies die erste Isolierung von DHMBA aus einer Aspergillus-Art und die erste Dokumentation seiner antibiotischen Aktivität gegen Micrococcus luteus. Zusätzlich konnte eine zweite neue A. nidulans-Verbindung, nämlich 3,3-(2,3-dihydroxypropyl)diindole (DHPDI), aus dem Wildtyp isoliert werden. Interessanterweise wird dieser Metabolit nicht in einer dbaA-Mutante produziert, welche den Transkriptionsfaktor des PKS-Clusters vermehrt produziert. Dies lässt auf ein regulatorisches Zusammenspiel zwischen dem DHMBA und dem DHPDI produzierenden Gencluster schließen. Da der CSN-Komplex in Eukaryoten hochkonserviert ist, stellt die Analyse der CSN-kodierenden Gene einen vielversprechenden neuen Ansatz zur erfolgreichen Identifizierung neuer Gencluster und deren Produkte in filamentösen Pilzen dar. Die Expression von Sekundärmetaboliten-Genclustern wird unter anderem von der Heterochromatinbildung gesteuert, wobei S-Adenosylmethionin- (SAM-) abhängige Methylierungen eine bedeutende Rolle einnehmen. Der ubiquitäre Methylgruppendonor SAM wird biosynthetisch aus Methionin und ATP gewonnen, einer Reaktion, die von der SAM-synthetase katalysiert wird. Das Genom des filamentösen Pilzes A. nidulans kodiert eine SAM-synthetase SasA, welche im Rahmen dieser Arbeit mit genetischen, zellbiologischen und biochemischen Methoden charakterisiert wurde. Es konnte gezeigt werden, dass eine veränderte Expression des essentiellen sasA-Gens zu Defekten im Sekundärmetabolismus und der sexuellen Entwicklung führt, welche sich in der Ausbildung von Mikrocleistothecien und ungewöhnlich pigmentierten Hülle-Zellen äußert. Dies lässt auf eine defekte Koordination zwischen Sekundärmetabolismus und Entwicklung schließen, was durch eine putative Proteininteraktion des hauptsächlich im Cytoplasma lokalisierten SasA mit Histon-2B gestützt wird. Diese Interaktion stellt eine mögliche epigenetische Verbindung zur Genexpression dar.