The influence of autophagy on the fruiting-body development of the filamentous fungus <i>Sordaria macrospora</i>

Abstract

Autophagie ist ein Degradationsprozess der streng reguliert ist und in welchem eine eukaryotische Zelle zelleigene Organellen und Proteine bei Nährstoffmangel abbaut. Außerdem konnte gezeigt werden, dass dieser Prozess auch in verschiedene Entwicklungsprozesse involviert ist. Die molekulare Entschlüsselung der Autophagie wurde hauptsächlich in der Bäckerhefe S. cerevisiae vorgenommen. Allerdings ist Beteiligung der Autophagie an Entwicklungsprozessen in multizellulären filamentösen Ascomyceten weitestgehend unbekannt. Die Fruchtkörperentwicklung von Pilzen ist ein komplex gestalteter Differenzierungsprozess der von einem zwei-dimensionalem Pilzgeflecht ausgeht das sich zu einem dreidimensionalem Perithezium entwickelt. Die Fruchtkörperentwicklung erfordert spezifische Umgebungsbedingungen und wird durch viele entwicklungsassoziierten Genen reguliert. In dieser Studie diente der Modellorganismus Sordaria macrospora zur Untersuchung des Einflusses der Autophagie auf die Fruchtkörperentwicklung. Der coprophytische filamentöse Ascomycet S. macrospora pflanzt sich lediglich sexuell fort, was ihn ideal für die Fragestellung dieser Arbeit macht. Für diese Arbeit wurden eine Reihe konservierter Autophagie bezogener Gene auserwählt. Folgende Gene die homolog zu denen anderer Ascomyceten sind wurden isoliert: Smvps34, Smvps15, Smatg8, Smatg4, und Smjlb1. Durch die Deletion dieser Gene sollte geklärt werden wie Autophagie in die Fruchtkörperentwicklung involviert ist. Die Deletion des Phospolipidkinase Gens Smvps34 und des Proteinkinase Gens Smvps15 führte zur Lethalität von S. macrospora was durch eine Auskeimungsuntersuchung belegt wurde. Die Deletion des Gens Smatg8, welches eine autophagosomale Strukturkomponente kodiert und des Gens Smatg4, das eine Cystein-Protease kodiert, die SmATG8 prozessiert, beeinträchtigte ebenfalls die Fruchtkörperentwicklung und das vegetative Wachstum. Durch Fluoreszenzmikroskopie konnte gezeigt werden, daß SmATG8 in Autophagosomen lokalisiert und SmATG4 vorwiegend im Zytoplasma lokalisiert ist. Die Prozessierung von SmATG8 durch SmATG4 wurde ebenfalls durch Fluoreszenzmikroskopie und Western-blot Analyse bestätigt. Die heterologe Expression von Smatg8 und Smatg4 in S. cerevisiae und der Ape1 Reifungsuntersuchung zeigte, das die cDNA von Smatg8 und Smatg4 den Deletionsphenotyp der jeweiligen Hefedeletionsmutanten aufheben konnte. Somit konnte die Konservierung dieser beiden Gene innerhalb der Ascomyceten gezeigt werden. Die Blockade der Fruchtköperentwicklung wurde durch die Deletion des bZIP Transkriptionsfaktor Gens Smjlb1 verursacht genauso wie die Beeinträchtigung des vegetativen Wachstums. SmJLB1 ist im Kern lokalisiert und durch qRT-PCR Experimente wurde gezeigt, dass die Autophagiegene Smatg8 und Smatg4 durch Smjlb1 reguliert werden. Dies läßt vermuten, dass Smjlb1 in den Prozess der Autophagie involviert ist. Die Ergebnisse dieser Arbeit weisen darauf hin, dass Autophagie und Fruchtkörperentwicklung des filamentösen Pilzes S. macrospora streng miteinander verknüpft sind.