Dokument: A novel core factor for unconventional secretion in Ustilago maydis

Titel:	A novel core factor for unconventional secretion in Ustilago maydis
Weiterer Titel:	Eine neue Kernkomponente der unkonventionellen Sekretion in Ustilago maydis
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=53711
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20200723-111526-6
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Reindl, Michèle [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 7,93 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 12.07.2020 / geändert 12.07.2020
Beitragende:	Prof. Dr. Feldbrügge, Michael [Gutachter] Univ. Prof. Dr. Schmitt, Lutz [Gutachter]
Stichwörter:	Ustilago maydis, unconventional protein secretion
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Der Mechanismus der konventionellen Proteinsekretion wurde lange als der in eukaryotischen Zellen vorherrschende Sekretionsweg beschrieben. Jedoch häufen sich in den letzten Jahren die Beispiele an Proteinen, die die Zelle nicht über den klassischen ER-Golgi Weg verlassen. Darunter befinden sich wichtige Proteine wie Zellwachstumsfaktoren, Tumormarker, aber auch eine Reihe viraler Effektorproteine. Es ist daher von großem Interesse, die diversen Mechanismen dieser unkonventionellen Sekretionswege zu entschlüsseln. Hefezellen des Brandpilzes U. maydis besitzen einen neuartigen unkonventionellen Sekretionsweg, der ähnlich einer Schleuse funktioniert. Die Chitinase Cts1 wurde als erstes Protein identifiziert, das diesen Sekretionsweg durchläuft. Cts1 besitzt kein konventionelles N-terminales Signalpeptid. Im späten Stadium der Cytokinese lokalisiert die Chitinase in einem Kompartiment zwischen Mutter- und Tochterzelle, der sogenannten Fragmentierungszone. Da Cts1 wahrscheinlich von dort freigesetzt wird und die begrenzenden Septen sequenziell von Mutter- und Tochterzelle eingezogen werden, ähnelt der Vorgang einem Schleusenmechanismus. Das Gen umag_03776 und sein resultierendes Proteinprodukt Jps1 wurde in einem genetischen Screen als maßgebliche Komponente dieses neuartigen Sekretionsmechanismus identifiziert. In der vorliegenden Arbeit wurde Jps1 initial charakterisiert. Analysen zeigten eine strikte Abhängigkeit der Cts1 Sekretion von Jps1. Interessanterweise ko-lokalisieren Jps1 und Cts1 in der Fragmentierungszone, Jps1 ist jedoch bereits in früheren Stadien des Zellzyklus im Knospungsbereich präsent. Darüber hinaus gelangt auch Jps1 über unkonventionelle Sekretion in das extrazelluläre Medium. Laut bioinformatischer Vorhersage, exprimieren nahverwandte Basidiomyceten ebenfalls Orthologe von Jps1. Jedoch besitzt keines der Proteine beschriebene funktionelle Domänen oder andere Merkmale, anhand derer man auf eine potenzielle Funktion schließen könnte. Die Untersuchung verschiedener Jps1-Verkürzungsvarianten ermöglichte die Identifizierung einer ersten Domäne am N-Terminus des Proteins, der sogenannten „Cts1-Lokalisierungsdomäne“. Diese ist nicht nur entscheidend für die Cts1 Lokalisierung und Sekretion, sondern auch für die intrazelluläre Rekrutierung von Jps1 zur zukünftigen Teilungszone. Da die Lokalisierung der verkürzten Jps1 Variante durch die zusätzliche Expression eines Volllängenproteins wiederhergestellt werden konnte, wurde eine Dimerisierung angenommen. Biochemische Analysen mittels Größenausschlusschromatographie und „Multi Angle Light Scattering“ bestätigten die Dimerisierung von Jps1 und deuteten sogar auf die Bildung oligomerer Komplexe hin. Lipidbindestudien mit großen unilamellaren Vesikeln (GUV) zeigten eine Affinität von Jps1 zu dem Plasmamembran-spezifischen Markerlipid Phosphoinositol-(4,5)-bisphosphat und lieferten somit eine mögliche Erklärung für die frühe Rekrutierung und membranständige Lokalisierung von Jps1 in der Knospungszone. Somit weisen die in dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse darauf hin, dass Jps1 ein Membran-assoziiertes Ankerprotein darstellen könnte, welches unter anderem Cts1 zur Zellteilungszone rekrutiert. Es stellt daher eine Kernkomponente der unkonventionellen Sekretion dar. The secretion of proteins by the conventional machinery is described as the most abundant export process in eukaryotic cells. However, in the past years more and more examples have been described in literature in which proteins do not follow the classical ER-Golgi route. Among those, factors for cell survival, tumour markers and viral effector proteins have been identified. Hence, it is of great interest to unravel the cellular machineries involved in these secretory processes. In yeast cells of the smut fungus U. maydis a novel lock-type mechanism for unconventional protein secretion has been identified. It was first described for the chitinase Cts1 which does not harbour an N-terminal signal peptide. In the late stage of cytokinesis, Cts1 is targeted into a compartment formed between mother and daughter cell. After the sequential formation of a primary septum by the mother and a secondary septum by the daughter cell, Cts1 is released from the so-called fragmentation zone. In a screening approach, the gene umag_03776 and its corresponding gene product Jps1 was identified as a key player of the novel secretion process. In this work, the protein Jps1 was initially characterized. Analyses revealed a strict dependency of Cts1 secretion on Jps1. Interestingly, Jps1 and Cts1 co-localize in the fragmentation zone, though Jps1 can already be detected at the future division zone during early stages of the cell cycle. Moreover, Jps1 is secreted unconventionally. According to predictions, orthologues of Jps1 are present in close relatives of U. maydis. However, neither functional domains nor other characteristics could be assigned yet. Studies of truncated Jps1 protein versions allowed to identify an N-terminally located domain, the so called Cts1 Localization Domain (CLD). The CLD is not only important for the localization and secretion of Cts1 but also for the intracellular targeting of Jps1 to the future division zone. Since the localization of the truncated protein version in the fragmentation zone was rescued by additional expression of a Jps1 full-length protein, a dimerization of Jps1 monomers was hypothesized. Biochemical analyses using size exclusion chromatography and multi angle light scattering verified dimerization and indicated the additional formation of higher oligomeric complexes. Additionally, lipid binding studies with giant unilamellar vesicles revealed affinity of Jps1 to the plasma membrane marker lipid phosphoinositol-(4,5)-bisphosphate. This might represent a putative mechanism for the early localization of Jps1 to the zone of bud emerge. Hence, results obtained in this thesis imply that Jps1 might resemble a membrane-associated anchoring factor involved in recruiting Cts1 to the zone of cell division and hence constitutes a core factor for unconventional secretion.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Mikrobiologie
Dokument erstellt am:	23.07.2020
Dateien geändert am:	23.07.2020
Promotionsantrag am:	25.05.2020
Datum der Promotion:	19.06.2020