A nidulans development and secondary metabolism requires coordinated VeA nuclear import and export

by Anja Strohdiek
Doctoral thesis
Date of Examination:2024-04-22
Date of issue:2025-02-14
Advisor:Prof. Dr. Gerhard Braus
Referee:Prof. Dr. Stefanie Pöggeler
Referee:Prof. Dr. Markus Bohnsack
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-11102

 

 

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Abstract

English

Survival of multicellular organisms requires the functional interplay between complex regulatory networks including gene expression, the ubiquitin proteasome protein degradation system, and intracellular transport control. Velvet domain proteins as VeA, VelB or VosA play key roles in fungal differentiation during early development. Heteromeric VelB-VeA is shuttled in darkness to the nucleus by the importin KapA to induce gene expression for sexual development. Nuclear localizations of VeA or VelB are reduced by light when asexual spore formation is promoted. The trimeric velvet complex VelB-VeA-LaeA further links transcriptional to epigenetic control for the coordination of fungal developmental programs to specific secondary metabolite production. VeA carries three nuclear localization signals NLS1, NLS2 and NLS3, which were analyzed, and all contribute to nuclear import. VeA is nuclear during vegetative growth and has to be exported from the nucleus to promote asexual development. A. nidulans VeA nuclear import is therefore combined with functional nuclear export provided by an additional nuclear export sequence NES, which binds to the exportin KapE. This allows VeA movement between periphery and matrix of nuclei as prerequisite for coordinated development and secondary metabolism. VelB requires either VeA or VosA for nuclear import. The intrinsically disordered domain of VelB, which is required for stability control and VosA interaction, is not required to interact with the epigenetic LaeA methyltransferase. VelB protein stability depends on VosA and intact VeA NES or NLS signals during fungal development. Deubiquitinating enzymes (DUBs) such as OtuB1 are required for accurate secondary metabolism, whereas AmsH additionally controls A. nidulans growth and fungal development. These findings revealed an additional level of stability control in the coordination between fungal differentiation and the formation of bioactive metabolites which is provided by DUBs. The obtained results illustrate various mutual dependencies of Velvet proteins and a high complexity of mutual interactions, which ensure accurate nuclear import, export, and specific protein stability control mechanisms as prerequisites for fungal development and secondary metabolism.
Keywords: A. nidulans; fungal development; transcription factor; nuclear import and export; crystal structure

German

Das Überleben multizellulärer Organismen erfordert ein funktionelles Zusammenspiel zwischen komplexen Regulierungsnetzen für die Genexpression, dem Ubiquitin-Proteasom Proteinabbausystem und der Kontrolle des intrazellulären Transports. Velvet-Domänen-Proteine wie VeA, VelB oder VosA spielen eine Schlüsselrolle bei der Differenzierung von Pilzen während der frühen Entwicklung. Heteromeres VelB-VeA wird in der Dunkelheit durch das Importin KapA in den Zellkern transportiert, um die Genexpression für die sexuelle Entwicklung zu induzieren. Die Lokalisierung von VeA oder VelB wird durch Licht reduziert, wenn die asexuelle Sporenbildung gefördert wird. Der VelB-VeA-LaeA-Komplex stellt eine weitere Verbindung zwischen transkriptioneller und epigenetischer Kontrolle her, um die Entwicklungsprogramme der Pilze mit der Produktion spezifischer Sekundärmetaboliten zu koordinieren. VeA trägt drei Kernlokalisierungssignale NLS1, NLS2 und NLS3, die analysiert wurden, und alle tragen zum Kernimport bei. VeA ist während des vegetativen Wachstums im Kern und muss zur Förderung der asexuellen Entwicklung aus dem Kern exportiert werden. Der VeA-Kernimport von A. nidulans wird mit einem funktionellen Kernexport kombiniert, der durch eine zusätzliche Kernexportsequenz NES ermöglicht wird, die mit dem Exportin KapE interagiert. Dies ermöglicht die Verschiebung von VeA innerhalb des Zellkerns zwischen Peripherie und Matrix und ist Voraussetzung für die Koordination von der jeweiligen pilzlichen Entwicklung mit dem geeigneten Sekundärstoffwechsel. VelB benötigt entweder VeA oder VosA für den Kernimport. Die intrinsisch ungeordnete Domäne von VelB, die für die Stabilitätskontrolle und die Interaktion mit VosA erforderlich ist, ist für die Interaktion mit der epigenetischen Methyltransferase LaeA nicht notwendig. Die Menge des VelB-Proteins, während der Pilzentwicklung, hängt sowohl von VosA als auch von intakten VeA NES- oder NLS-Signalen ab. Diese Studie zeigt weiter, dass die deubiquitinierende Enzyme (DUBs) OtuB1 für korrekten Sekundärstoffwechsel und AmsH für Wachstum und Entwicklung von A. nidulans erforderlich sind. Diese Ergebnisse veranschaulichen verschiedene komplexe gegenseitigen Abhängigkeiten der Velvet-Domänen-Proteine. Dabei werden regulierter Kern-Import und Kern-Export mit verschiedenen Protein-Stabilitäts-Kontrollmechanismen kombiniert und sind Voraussetzung für akkurate Pilzentwicklung mit dem dazu passenden Sekundärmetabolismus.
 
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