| dc.contributor.advisor | Heimel, Kai Prof. Dr. | |
| dc.contributor.author | Pinter, Niko | |
| dc.date.accessioned | 2019-06-13T08:37:10Z | |
| dc.date.available | 2019-06-13T08:37:10Z | |
| dc.date.issued | 2019-06-13 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/21.11130/00-1735-0000-0003-C12F-F | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-7516 | |
| dc.language.iso | eng | de |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
| dc.subject.ddc | 570 | de |
| dc.title | Analysis of Clp1-dependent UPR modulation in Ustilago maydis | de |
| dc.type | doctoralThesis | de |
| dc.contributor.referee | Heimel, Kai Prof. Dr. | |
| dc.date.examination | 2019-06-06 | |
| dc.description.abstractger | Die unfolded protein response (UPR) ist ein konservierter Signalweg, welcher in allen eukaryotischen Zellen vorkommt und die Homöostase des endoplasmatischen Retikulums unter Stressbedingungen aufrechterhält. In dem phytopathogenen Pilz Ustilago maydis wird die UPR nach der Penetration der Pflanze, aufgrund eines erhöhten Bedarfs des sekretorischen Signalwegs während der Pilz/Pflanzen-Interaktion, aktiviert. Eine andauernde Aktivierung der UPR ist schädlich für U. maydis, weshalb die UPR Aktivität während der Pflanzenkolonisation moduliert werden muss. Diese Modulation findet durch die physische Interaktion zwischen dem zentralen UPR Regulator (Clp1 interacting bZIP 1) und dem wichtigen Entwicklungsregulator Clp1 (Clampless 1) statt. Clp1 ist ein entscheidender Faktor für das Auslösen der pilzlichen Vermehrung nach der Wirtspenetration. Die Interaktion beider Proteine führt zu einer erhöhten Stabilität von Clp1 und verändert die Expression von UPR Markergenen. In der vorliegenden Arbeit wurden die funktionellen Auswirkungen dieser Interaktion auf die physischen Eigenschaften von Cib1, die Cib1 DNA Bindung und die Transkription der UPR untersucht. Die Expression von clp1 führt zu einer erhöhten ER Stresstoleranz sowie einer erhöhten Proteinstabilität und eines veränderten Phosphorylierungsmusters von Cib1. In einer Transkriptomanalyse (RNAseq) unter erhöhtem ER Stressbedingungen konnte eine Gruppe von 65 hochregulierten UPR Hauptgenen identifiziert werden, deren Expression während der clp1 Induktion differenziell moduliert ist. Eine Chromatin-Immunopräzipitationsanalyse von Cib1 mit anschließender Sequenzierung (ChIPseq) identifizierte UPR-Elemente (UPRE) mit gehäuftem Vorkommen in Promotoren der UPR Hauptgene. Die DNA-Bindungsspezifität von Cib1 durch die Clp1 Induktion bleibt jedoch unverändert. In einer umfassenden Gendeletionsanalyse konnte ein zuvor nicht charakterisiertes UPR-Zielgen identifiziert werden, das speziell für das biotrophe Wachstum von U. maydis in der Pflanze erforderlich ist. UMAG_02729 codiert für eine intramembranspaltende Signalpeptid-Peptidase (spp1), welche ein konserviertes, aktives Zentrum aufweist, das typisch für Aspartylproteasen ist. Pflanzen, die mit Δspp1-Mutanten oder Stämmen infiziert wurden, die ein enzymatisch inaktives Spp1 exprimierten, lösten starke Pflanzenabwehrreaktionen aus, die durch die Akkumulation von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), sowie einer erhöhten Expression von Pflanzengenen der Pathogenese nachgewiesen werden konnte. Die Komplementierung des spp1-Deletionsstamms mit orthologen Genen aus Sporisorium reilianum und Ustilago hordei konnte die verlorene Virulenz vollständig wiederherstellen. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass die Expression des gut charakterisierten, humanen Orthologs HM13 den Virulenzdefekt der spp1-Deletionsmutante dosisabhängig unterdrückt. Allerdings steht die virulenzspezifische Funktion von Spp1 nicht im Zusammenhang mit bekannten Funktionen von Signalpeptidpeptidasen, wie beispielsweise der ER-assoziierten Degradation (ERAD), der Anpassung an Hypoxie oder der Effektorsekretion. Die Deletion vorhergesagter UPREs im Promotor von spp1 reduzierte die spp1-Expression bei ER-Stress signifikant. Die Co-Immunopräzipitation von Spp1 mit anschließender LC-MS Analyse brachte Mitglieder des Signalpeptidase-Komplexes (SPC) und der O-Mannosyltransferase Pmt4 als mögliche Interaktionspartner oder Substrate von Spp1 hervor. Zusammenfassend zeigen die Daten dieser Studie einen potenziellen Mechanismus, wie die UPR in U. maydis durch Clp1 moduliert werden könnte. Zudem konnte ein neuer Faktor identifiziert werden, der für die Unterdrückung der Pflanzenabwehr wichtig ist und nicht mit den bisher bekannten Signalwegen der Signalpeptidpeptidasefunktion oder der Unterdrückung der Pflanzenabwehr durch phytopathogene Pilze zusammenhängt. | de |
| dc.description.abstracteng | The unfolded protein response (UPR) is a conserved signaling pathway, that is present in all eukaryotic cells and ensures endoplasmic reticulum (ER) homeostasis under stress conditions. In the phytopathogenic fungus U. maydis, the UPR is activated after plant penetration as a result of increased demands on the secretory pathway during the fungal/plant interaction. However, prolonged activation of the UPR is deleterious for U. maydis and UPR activity needs to be modulated during plant colonization. This modulation is achieved by the physical interaction between Cib1 (Clp1 interacting bZip 1), the central regulator of the UPR and Clp1 (Clampless 1), an important developmental regulator of U. maydis and the decisive factor for the induction of fungal proliferation after successful host penetration. The interaction between both proteins leads to increased stability of Clp1 and alters UPR gene expression. In this study, the functional consequences of this interaction on the physical properties of Cib1, the impact on Cib1 DNA binding and the transcriptional output of the UPR were characterized. Expression of clp1 leads to elevated ER stress resistance, increased protein stability and altered phosphorylation patterns of Cib1. Transcriptome analysis (RNAseq) during ER stress identified a set of 65 upregulated UPR core genes, whose expression is differentially modulated upon clp1 induction. Chromatin immunoprecipitation of Cib1 with subsequent whole-genome sequencing (ChIPseq) identified UPR elements (UPRE) in promoters of the large majority of UPR core genes and revealed that Cib1 DNA-binding specificity is not altered by Clp1. In a comprehensive gene deletion analysis, a previously uncharacterized UPR target gene was identified that is specifically required for biotrophic growth of U. maydis. UMAG_02729 encodes an intramembrane cleaving signal peptide peptidase (spp1) that contains a conserved active site typical for aspartyl proteases. Plants inoculated with Δspp1 mutants or strains expressing enzymatically inactive Spp1 triggered massive plant defense responses as evidenced by reactive oxygen species (ROS) accumulation and strongly increased expression of pathogenesis-related plant genes. Complementation of the spp1 deletion strain with orthologous genes from Sporisorium reilianum and Ustilago hordei recovered virulence and expression of the well-characterized human ortholog HM13 suppressed the virulence defect of the spp1 deletion mutant in a dose-dependent manner. However, the virulence-specific function of Spp1 is not related to known functions of signal peptide peptidases, such as ER-associated degradation (ERAD), hypoxia adaptation or effector secretion. Deletion of predicted UPREs in the promoter of spp1 significantly reduced spp1 expression upon ER stress. Co-immunoprecipitation analysis of Spp1 with subsequent LC-MS analysis revealed members of the signal peptidase complex (SPC) and the O-mannosyltransferase Pmt4, as potential interaction partners or substrates of Spp1. In summary, the data of this study revealed a potential mechanism on how UPR in U. maydis is modulated by Clp1 and a novel factor important for plant defense suppression that is not connected to previously known pathways related to signal peptide peptidase function or plant defense suppression by phytopathogenic fungi. | de |
| dc.contributor.coReferee | Braus, Gerhard Prof. Dr. | |
| dc.subject.eng | Ustilago maydis | de |
| dc.subject.eng | UPR | de |
| dc.subject.eng | unfolded protein response | de |
| dc.subject.eng | SPP | de |
| dc.subject.eng | signal peptide peptidase | de |
| dc.subject.eng | Cib1 | de |
| dc.subject.eng | Clp1 | de |
| dc.subject.eng | Spp1 | de |
| dc.subject.eng | ERAD | de |
| dc.subject.eng | ER-associated degradation | de |
| dc.subject.eng | RNAseq | de |
| dc.subject.eng | ChIPseq | de |
| dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-21.11130/00-1735-0000-0003-C12F-F-4 | |
| dc.affiliation.institute | Biologische Fakultät für Biologie und Psychologie | de |
| dc.subject.gokfull | Biologie (PPN619462639) | de |
| dc.identifier.ppn | 1667430653 | |