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dc.contributor.advisor Heimel, Kai Prof. Dr.
dc.contributor.author Hampel, Martin
dc.date.accessioned 2016-12-09T09:21:31Z
dc.date.available 2016-12-09T09:21:31Z
dc.date.issued 2016-12-09
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-002B-7CCF-4
dc.description.abstract Die Unfolded Protein Response (UPR) ist ein in Eukaryoten konservierter Signalweg, der durch Akkumulation von un-/fehlgefalteten Proteinen im endoplasmatischen Retikulum (ER) aktiviert wird um die Proteinhomöostase zu gewährleisten. In <i>Saccharomyces cerevisiae</i> wird die UPR durch den ER-Stresssensor Ire1p und den bZIP Transkriptionsfaktor Hac1p, oder XBP1 in höheren Eukaryoten, reguliert. In dieser Arbeit konnten die Homologe der zentralen UPR-Regulatoren im biotrophen Pilz <i>Ustilago maydis</i> charakterisiert und die UPR als essenzieller Koordinator der pathogenen Entwicklung identifiziert werden. Die Komplementation der <i>∆HAC1</i> Mutante durch <i>cib1</i> (Homolog von <i>HAC1</i>) und umfassende Expressionsanalysen zeigten, dass die Regulationsmechanismen der UPR in <i>U. maydis</i> weitestgehend konserviert sind, das Spektrum der regulierten Zielgene jedoch sekretierte Virulenzfaktoren beinhaltet die für die pathogene Entwicklung notwendig sind. So konnten durch <i>in silico</i> Vorhersage möglicher Cib1 Bindestellen (UPRE) mit pit1/pit2 und tin1-1 drei bereits charakterisierte Effektorgene als direkt regulierte UPR-Zielgene identifiziert werden. Die gezielte Deletion des vorhergesagten UPREs führt zu einer Aufhebung der ER-Stress induzierten und Cib1 abhängigen Expression von pit2 und verringert die Virulenz signifikant. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass eine funktionelle UPR sowohl notwendig für eine verstärkte Expression wie auch für die korrekte Prozessierung des Pit2-Effektors innerhalb des ERs ist. Im Gegensatz zur Bäckerhefe <i>S. cerevisiae</i> und den filamentösen Ascomyceten <i>Aspergillus niger</i> und <i>Trichoderma reseei</i> kodiert die ungespleißte XBP1 mRNA in höheren Eukaryoten für einen negativen Regulator der UPR. Mit den vorliegenden Untersuchungen in <i>U. maydis</i> konnte erstmals für niedere Eukaryoten gezeigt werden, dass die ungespleißte cib1 mRNA für einen negativen Regulator kodiert, der darüber hinaus eine bislang unbeschriebene und vermutlich konservierte Funktion in der Antwort auf ER-Stress besitzt. Die genaue Kontrolle der UPR-Aktivität ist Voraussetzung für die korrekte Ausführung der verschiedenen Schritte innerhalb der pathogenen Entwicklung von <i>U. maydis</i>. Während eine vorzeitige UPR-Aktivierung zur Inhibition des zur Pflanzeninfektion notwendigen filamentösen Wachstums führt, ist die gezielte Aktivierung der UPR nach erfolgreicher Penetration der Pflanzenoberfläche und ihre andauernde Aktivität während des Wachstums <i>in planta</i> notwendig für die pathogene Entwicklung. Die direkte Interaktion zwischen Cib1 und dem Entwicklungsregulator Clp1 während dieser Entwicklungsphase führt zur Stabilisierung von Clp1 und der Modulation der Cib1 abhängigen Genexpression. Auf diese Weise wird die Proliferation <i>in planta</i> ermöglicht und eine erhöhte ER-Stressresistenz vermittelt. Zusammenfassend zeigen die gewonnenen Ergebnisse, dass die UPR in <i>U. maydis</i> als Kontrollpunkt dient, um die zelluläre Physiologie, den Entwicklungsverlauf und die Sekretion von Effektoren aufeinander abzustimmen. de
dc.language.iso deu de
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.ddc 570 de
dc.title Analyse der UPR vermittelten Stressantwort und ihrer Funktion während der biotrophen Entwicklung von<i> Ustilago maydis</i> de
dc.type doctoralThesis de
dc.title.translated Analysis of the UPR mediated stress response and its function during the biotrophic development of <i>Ustilago maydis</i> de
dc.contributor.referee Heimel, Kai Prof. Dr.
dc.date.examination 2016-10-18
dc.description.abstracteng The unfolded protein response (UPR) is a conserved eukaryotic signaling network that is activated by accumulation of misfolded proteins in the endoplasmic reticulum (ER) to ensure protein homeostasis. In the baker's yeast <i>Saccharomyces cerevisiae</i>, the UPR signaling pathway is controlled by the ER stress sensor Ire1p and the bZIP transcription factor Hac1p or XBP1 in higher eukaryotes. In this study homologs of the central UPR regulators in the biotrophic fungus <i>Ustilago maydis</i> were characterized, identifying the UPR as an essential coordinator of pathogenic development. In <i>S. cerevisiae</i> the accumulation of un- or misfolded proteins leads to unconventional splicing of the <i>HAC1</i> mRNA by Ire1p allowing the translation of the central regulator Hac1p. The complementation of the <i>∆HAC1</i> mutant by <i>cib1</i> (homolog of <i>HAC1</i>) and comprehensive expression analysis showed that the regulatory mechanisms of the UPR in <i>U. maydis</i> are largely conserved. However, the range of regulated target genes includes secreted virulence factors that are essential for pathogenic development. <i>In silico</i> prediction of unfolded protein response elements (UPREs) in promoter regions identified the three previously characterized effector genes pit1/pit2 and tin1-1, as UPR target genes. Targeted deletion of the predicted UPRE abolishes cib1-dependent expression of pit2 and leads to significantly reduced virulence. Furthermore a functional UPR is necessary for elevated expression and correct processing of Pit2 in the ER. This study showed that the unspliced cib1 mRNA encodes Cib1u, a negative regulator of UPR signalling, which is in stark contrast to S. cerevisiae and the filamentous ascomycetes <i>Aspergillus niger</i> and <i>Trichoderma reseei</i>, but analagous to UPR regulation in higher eukaryotes. In addition we discovered a previously undescribed function of Cib1u in response to ER-stress that is likely conserved. The exact control of the UPR activity is required for the correct timing of the different steps within the pathogenic development of <i>U. maydis.</i> A premature activation of the UPR leads to an inhibition of the filamentous growth, which is necessary for plant infection. The specific activation of the UPR after successful penetration of the plant surface and their continuous activity during growth <i>in planta</i> is essential for the pathogenic development. Direct interaction between Cib1 and development regulator Clp1 during development leads to stabilization of Clp1 and modulation of Cib1-dependent gene expression, that triggers poliferation <i>in planta</i> and confers increased ER stress resistance during biotrophic growth. In summary, our data reveal that in U. maydis the UPR serves as a checkpoint to coordinate and align cellular physiology, developmental progress and secretion of effector proteins. de
dc.contributor.coReferee Braus, Gerhard Prof. Dr.
dc.contributor.thirdReferee Daniel, Rolf Prof. Dr.
dc.contributor.thirdReferee Pöggeler, Stefanie Prof. Dr.
dc.contributor.thirdReferee Hoppert, Michael PD Dr.
dc.contributor.thirdReferee Valerius, Oliver Dr.
dc.subject.ger Ustilago de
dc.subject.ger Unfolded Protein Response de
dc.subject.ger pathogene Entwicklung de
dc.subject.ger Effektoren de
dc.subject.eng Ustilago de
dc.subject.eng Unfolded Protein Response de
dc.subject.eng pathogenic development de
dc.subject.eng effector proteins de
dc.identifier.urn urn:nbn:de:gbv:7-11858/00-1735-0000-002B-7CCF-4-6
dc.affiliation.institute Biologische Fakultät für Biologie und Psychologie de
dc.subject.gokfull Biologie (PPN619462639) de
dc.identifier.ppn 874288134

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