The Zinc cluster transcription factor ZtfA is an activator of asexual development and secondary metabolism and regulates the oxidative stress response in the filamentous fungus Aspergillus nidulans

by Karl G. Thieme
Doctoral thesis
Date of Examination:2017-06-14
Date of issue:2018-06-11
Advisor:Prof. Dr. Gerhard H. Braus
Referee:Prof. Dr. Ralf Ficner
Referee:Prof. Dr. Rolf Daniel
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-6917

 

 

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Abstract

English

The interconnection of developmental programs and secondary metabolism is regulated by the velvet domain proteins in numerous filamentous fungi. Velvet domain proteins constitute a family of fungal specific transcription factors with structural similarities in the DNA binding and dimerization domain of mammalian Rel-domains, including NF-κB as regulator for inflammation and infection. Velvet factors bind to promoters of thousands of genes and a large amount of their downstream targets remains to be analyzed. This study focuses on the Zinc cluster transcription factor A (ZtfA) as repression target of the velvet factor VosA in the filamentous fungi Aspergillus nidulans and A. fumigatus. The A. nidulans ΔztfA strain forms diminished numbers of conidiophores with conidiospores of short-term viability compared to the wild type. A ztfA overexpression strain forms conidiophores in conditions when the wildtype grows with vegetative hyphae. The ztfA overexpressing strain increases conidiophore formation during sexual development in the dark, where conidiation normally is repressed. The conidiation pathway proceeds in a strictly time-tuned manner and several regulators are involved in its temporal control. The ztfA gene product was exclusively found in nuclei of hyphae, conidiophores and germinating spores. ZtfA activates the conidiation pathway through the major regulatory gene brlA and the conidiation activator-encoding genes flbC and flbD. ZtfA represents a novel component of the timely adjusted choreography of conidiation. ZtfA controls expression of several secondary metabolite genes, including austinol or dehydroaustinol biosynthesis. It forms a complex with the transcription repressor RcoA and might execute parts of its regulatory functions as a heterodimer. The phosphorylation status of ZtfA is presumably part of its control function. ZtfA regulates genes of the oxidative stress response system in the presence of hydrogen peroxide. ZtfA is conserved among Aspergilli as exemplified by the characterization of the A. fumigatus counterpart. AfZtfA is part of the fungal adhesion, but dispensable for conidiation. In summary, ZtfA regulates asexual development, secondary metabolite expression and oxidative stress response downstream of the velvet factor VosA in the filamentous fungus A. nidulans and is involved in the regulation of adhesion factors in A. fumigatus.
Keywords: velvet; VosA; Aspergillus nidulans; Asexual development; Secondary metabolism; zinc cluster; C6; oxidative stress response; Aspergillus fumigatus

German

Velvet-Domänen-Proteine verknüpfen Entwicklungsprogramme und Sekundärmetabolismus in zahlreichen filamentösen Pilzen. Velvet-Domänen-Proteine stellen eine Familie von Pilz-spezifischen Transkriptionsfaktoren dar, welche in ihrer DNA-Binde- und Dimerisierungsdomäne strukturelle Gemeinsamkeiten mit Rel-Domänen, einschließlich der NF-κB Faktoren von Säugetieren aufweist. Velvet-Faktoren binden Promotoren tausender Gene und das Gros ihrer nachgeschalteten Ziele ist noch unbekannt. Die vorliegende Studie konzentriert sich auf den Zink Cluster Transkriptionsfaktor ZtfA als Repressions-Ziel des Velvet-Faktors VosA in den filamentösen Pilzen Aspergillus nidulans und A. fumigatus. Im Vergleich zum Wildtyp produziert der A. nidulans ztfA Deletionsstamm eine stark verminderte Zahl an Konidiophoren, welche Konidiosporen mit verkürzter Lebensfähigkeit hervorbringen. Eine ztfA Überexpression produziert Konidiophore sogar unter Bedingungen, unter denen der Wildtyp nur vegetative Hyphen bildet. Die ztfA Überexpression produziert eine erhöhte Anzahl an Konidiophoren während des sexuellen Wachstums im Dunkeln, in welchem normalerweise die Konidiosporulation reprimiert ist. Der Signalweg der Konidiosporulation läuft in einer strikten Zeitfolge ab und mehrere Regulatoren sind an seiner zeitlichen Kontrolle beteiligt. ZtfA aktiviert den Signalweg der Konidiosporulation über dessen Hauptregulator, kodiert durch das brlA Gen und über die Konidiations-Aktivatoren, kodiert durch flbC und flbD und stellt eine neue Komponente des zeitabhängigen Ablaufs der Konidiosporulation dar. ZtfA kontrolliert die Expression mehrere Sekundärmetabolit-Gene, einschließlich der Biosynthese von Austinol und Dehydroaustinol. Es bildet einen Proteinkomplex mit dem Transkriptionsrepressor RcoA und übt seine regulatorischen Funktionen vermutlich teilweise als Heterodimer aus. Der Phosphorylierungszustand von ZtfA ist vermutlich Teil seiner Funktionskontrolle. ZtfA reguliert Gene der oxidativen Stress-Antwort in der Gegenwart von Wasserstoffperoxid. ZtfA ist konserviert in Aspergillen, wie beispielhaft durch die Charakterisierung seines Gegenstücks in A. fumigatus gezeigt wird. AfZtfA ist Teil der Regulation der pilzlichen Adhäsion, jedoch entbehrlich für die Bildung von Konidiophoren. Zusammenfassend reguliert ZtfA in A. nidulans asexuelle Entwicklung, Sekundärmetabolit-Expression und die Antwort auf oxidativen Stress, nachgeschaltet zu dem Velvet-Faktor VosA. In A. fumigatus ist es wichtig für die Adhäsion.
 
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