Metabolic and developmental functions of the transcription factor Gcn4p of Saccharomyces cerevisiae

Abstract

In der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae existieren zwei gut erforschte Signalwege, die ‘Allgemeine Kontrolle der Aminosäurebiosynthese’ (GAAC) und die ‘Antwort auf ungefaltete Proteine’ (UPR), die im Vergleich zu Säugetieren zwar nicht essentiell, aber für die Hefe dennoch von großer Bedeutung sind, um sich an unterschiedliche Umwelt- und Stressbedingungen anzupassen. Der bZIP Transkriptionsfaktor Gcn4p ist der zentrale Regulator der GAAC und aktiviert unter Aminosäuremangel die Transkription vieler Gene aus Aminosäure- und Purinbiosynthesewegen. Des Weiteren ist Gcn4p an der Regulation des Zellwandproteins Flo11p beteiligt, das sowohl für das diploide Pseudohyphenwachstum, als auch für das adhäsive Wachstum unter Nährstoffmangel erforderlich ist. Diese doppelte Funktion als metabolischer und Entwicklungsaktivator konnte durch eine Gcn4p Variante getrennt werden, welche eine einzige Aminosäuresubstitution im Leucin-Zipper aufweist, Gcn4pL267S. Diese Mutation führt dazu, dass die FLO11 Expression zwar unterdrückt wird, aber die transkriptionelle Aktivität für die Induktion der Aminosäurebiosynthesegene ausreicht. Gcn4pL267S beeinträchtig die Homodimerbildung und stellt, verglichen zum Wildtyp-Protein, ein stabileres Protein dar. Der Austausch von Leu253 gegen einen Helixbreaker führt zu einem inaktiven, aber sehr stabilen Transkriptionsfaktor. Dies ist auf eine Feedback-Regulation zurückzuführen, in der Gcn4p an der Regulation von Pcl5p beteiligt ist, welches wiederum für den Abbau von Gcn4p benötigt wird. Da Gcn4pL253G nicht in der Lage ist, Pcl5p zu aktivieren, unterdrückt es folglich seinen eigenen Abbau. Hac1p gehört wie Gcn4p zu der Gruppe der bZIP Transkriptionsfaktoren und nimmt eine wichtige Rolle im UPR System der Hefe ein. Die Ergebnisse dieser Arbeit weisen auf eine bisher unbekannte Rolle von Hac1p im Netzwerk der GAAC hin. Hac1p ist nicht nur in der Lage Gcn4p spezifische Zielgene zu aktivieren, sondern ist auch an der Regulation von Flo11p beteiligt. Aufgrund der reduzierten FLO11 Expression können diploide hac1-Deletionsstämme weder unter Aminosäuremangel adhäsiv wachsen, noch unter Stickstoffmangel Pseudohyphen ausbilden. Analysen des FLO11 Promotors weisen auf ein Promotorelement hin, dass von Hac1p und Gcn4p unter Aminosäuremangel beeinflusst wird. Für dieses Element wurde schon zuvor eine Aminsäuremangel-abhängige Funktion beschrieben. Spezifische Stresssituationen des jeweiligen Transkriptionsfaktor bewirken die Repression des jeweils anderen. Erste Ergebnisse deuten auf neue Erkenntnisse bzgl. der Hac1p Regulation hin, die von klinischem Interesse sein könnte, da das UPR System auch an der Tumorentwicklung in Säugern beteiligt ist.