Transcriptional Regulation and Differentiation in Saccharomyces and Aspergillus: jlbA, RPS26, and ARO3/4

Abstract

Eine steigende Anzahl von Daten aus Genomuntersuchungen belegt, dass die Anzahl von Isogenen innerhalb eines gegebenen Organismus deutlich höher liegt als noch vor 10 Jahren angenommen. In dieser Arbeit haben wir verschiedene Vertreter von Isogenen charakterisiert, welche an der transkriptionellen Regulation und an der Translation als Teil der Ribosomen beteiligt sind. Zwei Isogene wurden charakterisiert, welche an der aromatischen Aminosäurebiosynthese beteiligt sind. Alle untersuchten Gene stammen aus zwei pilzlichen Modellsystemen, aus der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae und aus dem filamentösen Pilz Aspergillus nidulans. Das jlbA Gen aus dem filamentösen Pilz Aspergillus nidulans codiert für ein neues, potentielles bZIP-Protein der Familie der JUN Isogene. Ein anderer bekannter Vertreter dieser Genfamilie ist das cpcA Gen, welches das Regulatorprotein der ‚Cross-Pathway’ Kontrolle codiert, welches unter Mangelbedingungen für die Aminosäurebiosynthese benötigt wird. Die transkriptionelle Regulierung von jlbA wurde unter induzierten und nicht induzierten Nährstoff- und Umweltbedingungen verglichen. Unter Aminosäuremangel wird die Expression von jlbA stark induziert, was auf eine Regulation durch das CPCA der ‚Cross-Pathway’ Kontrolle schliessen lässt. Zusätzlich wird die jlbA Transkription unter Aminosäuremangelbedingungen aber auch durch eine CPCA unabhängige Regulierung induziert. Die zwei RPS26 Isogene von S. cerevisiae codieren für zwei Proteine der kleinen ribosomalen Untereinheit. Die abgeleitete Aminosäuresequenz der beiden Proteine unterscheidet sich in nur zwei Aminosäureresten. Das Rps26A Protein wurde als ein essentieller Bestandteil der normalen Zellteilung identifiziert. Zusätzlich nimmt Rps26A an der translationellen Regulation von adhäsivem und pseudohyphalem Wachstum teil, welche auf die FLO11 Expression von S. cerevisiae S1278b Wildtyp-Stämmen wirkt. Im Gegensatz dazu scheint das Rps26B Protein bei allen diesen Regulationsmechanismen eine weniger wichtige Rolle zu spielen, es kann aber teilweise die Rps26A Proteinfunktionen übernehmen. Die ARO3 und ARO4 Gene von S. cerevisiae codieren für zwei unterschiedlich regulierte DAHP Synthase-Isoenzyme des ersten Schrittes des Shikimat-Synthese-Weges. Die Aro3 und Aro4 Proteine werden durch Phenylalanin bzw. Tyrosin in ihrer Wirkung gehemmt. Beide Isogene wurden durch ein einzelnes Gen ersetzt, welches eine Tryptophan-regulierte DAHP Synthase codiert. Ein Vergleich des strukturellen und physiologischen Verhaltens aller DAHP Isoenzyme resultierte in einer gezielten Veränderung (‚protein engineering’) des Regulationsverhalten eines Aro4 Pro165Gly Mutanten-Enzymes. Dieses Enzym steht unter einer effizienten, zweifachen Kontrolle. Eine Aro4 Pro165Gly Mutante wird durch Tyrosin und durch Tryptophan in ihrer Aktivität gehemmt. Eine sorgfältige Analyse des Aro4 Wildtyp-Proteins zeigte, dass dieses Enzym ebenfalls moderat durch Tryptophan gehemmt wird.