Intranukleare Mechanismen der Stressregulation in Hefe

Veränderte Umweltbedingungen erfordern konstantes Anpassen verschiedenster zellulärer Prozesse. Diese reichen von enzymatischen Aktivitäten, über Expression von Genen bis hin zur Kontrolle von grundlegenden Ereignissen wie der Zellteilung. Diese Vorgänge hängen auch teilweise von einander ab. In der Hefe Saccharomyces cerevisiae werden viele Gene (bis zu 10% aller Gene) in der allgemeinen transkriptionellen Stressreaktion eingeschaltet. Der Transkriptionsfaktor Msn2 fungiert als genereller Aktivator für viele dieser Gene. Msn2 vereint nicht nur unterschiedliche Arten von Stress, sondern auch mehrere Signalwege wie zum Beispiel Protein Kinase A, Target of Rapamycin (TOR) und den Hyperosmolarity Response (HOG). Die Frage, wie diese verschiedenen Mechanismen die Aktivität eines Transkriptionsfaktors steuern können wurde von einigen Labors in der Vergangenheit unersucht. Eine erstaunliche Bandbreite von Regulationsmechanismen kam bei diesen Untersuchungen zu Tage. Der zentrale stressabhängige Mechanismus, der die Aktivität von Msn2 reguliert wurde jedoch noch nicht entdeckt. In der hier projektierten Arbeit wird eine funktionelle Analyse der konservierten Domänen von Msn2 vorgeschlagen. Zwei Beobachtungen sind grundlegend für die geplante Arbeit. Die erste Beobachtung ist die Trennbarkeit von nuklearer Lokalisierung und regulierter Bindung an DNA. Die Regulation von Transkriptionsfaktoren im Kern ist ein verbreitetes Phänomen, das neben der Regulation durch Transport zwischen Kern und Zytoplasma existiert. Im Fall von Msn2 gibt es eine enge Verbindung zwischen Aktivierung und der regulierten Bindung an DNA. Im speziellen planen wir die Suche nach neuen Komponenten jenes Mechanismus, der nach Stress zur schnellen nuklearen Konzentration und anschließendem Binden von Msn2 an DNA führt. Wir vermuten, dass eine Erforschung des zugrunde liegenden Mechanismus neue Einsichten für das Verständnis der stressregulierten Transkription liefern wird. Wir vermuten, dass Proteine, die mit dieser Region interagieren auch eine Rolle in der generellen Stressantwort haben. Die zweite Beobachtung basiert auf Sequenzvergleichen zwischen Msn2 und verwandten Proteinen aus anderen Pilzen. Dieser Vergleich lieferte eine kurze konservierte Domäne im N-Terminus aller Msn2-artigen Proteine. Dieser Bereich ist auch für Stress, PKA und TOR regulierten nuklearen Export notwendig. Die phylogenetische (C.glabrata, K.lactis aber nicht C.albicans) und auch von uns gezeigte funktionelle Konservierung dieser N-terminalen Domäne wird von uns verwendet werden um die strukturelle und funktionelle Analyse der Stressregulation voranzutreiben.

Umweltbedingungen erzeugen Stress und erfordern dadurch konstantes Anpassen verschiedenster zellulärer Prozesse. Diese reichen von enzymatischen Aktivitäten, über Expression von Genen bis hin zur Kontrolle von grundlegenden Ereignissen wie der Zellteilung. Alle Organismen können die jeweils ausgelesene genomische Information schnell verändern und so optimal an die Umwelt angepasst bleiben. Am Modellsystem Hefe und an Candida glabrata untersuchen wir die Mechanismen wie Gene durch Stress reguliert werden. In der Hefe Saccharomyces cerevisiae werden in der Reaktion auf Stress viele Gene (bis zu 10% aller Gene) gemeinsam eingeschaltet. Das Projekt zielte auf die weitere Aufklärung der Signalwege über die Stresssignale den Zellkern erreichen. Stressresponse muss reguliert sein. Wir fanden, dass die starke Transkription von Stressgenen selbst Stress darstellt. DNA-Bereiche, die Stressgene enthalten werden nach deren Induktion durch sogenannte Chromatin-Remodeller wieder in geordnetes Chromatin zurückgeführt. Wir konnten auch zeigen, dass die toxische Wirkung von Arsen teilweise auf dem Hervorrufen eines besonders starke Stressresponses beruht. Ein wichtiges Resultat der Arbeit ist die Beobachtung, dass Proteinphosphatase 2A einen entscheidender genereller Regulator für Stressignale darstellt. Weiters wurden die Erkenntnisse auf eine der Bäckerhefe verwandte humanpathogene Hefe (Candida glabrata) angewandt und lieferten Einsichten wie diese auf Umwelteinflüsse reagiert.