Posttranskriptionelle Regulation in Trichoderma

Der Ascomycet Trichoderma reesei ist vorwiegend für seine effiziente Produktion cellulolytischer Enzyme und heterologer Proteine bekannt. T. reesei ist sowohl ein ausführlich untersuchter Modellorganismus zum Abbau von Pflanzenzellen und zunehmend auch für die Reaktion auf Licht, aber auch eines der wichtigsten Arbeitstiere in der Industrie vor allem für die Bioethanolherstellung. In den letzten Jahren zeigte die Untersuchung der Biologie dieses Pilzes einen Einfluß mehrerer wichtiger Signalübertragungswege in der Regulation der Cellulase Genexpression. Der heterotrimere G-protein Signalweg spielt dabei eine wichtige Rolle, die in Licht und Dunkelheit unterschiedlich ist, auch wenn die Kohlenstoffquelle dieselbe ist. Einige Studien wiesen auch darauf hin, dass posttranskriptinelle Wege in die Cellulase Regulationeingebundensind. Transkriptomanalysen von verschiedenen Kohlenstoffquellen, Lichtbedingungen und mit Mutanten in Lichtreaktionswegen und Signalübertragungsgenenzeigten spezifische Regulationder Translationsmaschinerie sowie des Energiemetabolismus. Traditionell wurde angenommen, dass Cellulase Genexpression auf der Ebene der Transkription reguliert wird. Unsere Analysen führten nun zu dem Schluß, dass zwei G-protein gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) an der Erkennung von induzierenden Kohlenstoffquellen beteiligt sind. Deletion eines der beiden GPCRs verursachte eine starke Verringerung der Cellulaseaktivität, aber nicht der Transkription. Der Regulationsweg für die Cellulase Genexpression besteht also aus einem Teil, der die Transkription reguliert und einem Teil, der die Prozesse nach der Transkription (posttranskriptionelle Regulation) reguliert, wobei letzerer durch den Signalweg der heterotrimeren G-proteine angesteuert wird. Posttranskriptionelle Prozesse wurden allerdings bisher in T. reesei nicht untersucht, weder allgemein noch im Hinblick auf die Enzymproduktion. Daher wollen wir die Relevanz ausgewählter posttranskriptioneller Regulationsmechanismen für die Cellulase Genexpression und die Physiologie von T. reesei untersuchen. Wir werden die genomweite mRNA Stabilität in T. reesei beim Wachstum auf Cellulose analysieren sowie Faktoren die diese beeinflussen. Darüber hinaus werden wir mit Genen arbeiten, die auf die Translation und auf Proteinturnover wirken. Damit soll das vorgelegte Projekt faszinierende neue Einblicke bringen, die aufdecken wie ein Pilz möglichst energiesparend auf seine Umwelt reagiert und gleichzeitig wollen wir neue Strategien aufzeigen, um industriell verwendete Stämme zu verbessern.

Der Ascomycet Trichoderma reesei ist vorwiegend für seine effiziente Produktion cellulolytischer Enzyme und heterologer Proteine bekannt. T. reesei ist sowohl ein ausführlich untersuchter Modellorganismus zum Abbau von Pflanzenzellen und zunehmend auch für die Reaktion auf Licht, aber auch eines der wichtigsten "Arbeitstiere" in der Industrie - vor allem für die Bioethanolherstellung. In den letzten Jahren zeigte die Untersuchung der Biologie dieses Pilzes einen Einfluß mehrerer wichtiger Signalübertragungswege in der Regulation der Cellulase Genexpression. Der heterotrimere G-protein Signalweg spielt dabei eine wichtige Rolle, die in Licht und Dunkelheit unterschiedlich ist, auch wenn die Kohlenstoffquelle dieselbe ist. Einige Studien wiesen auch darauf hin, dass posttranskriptinelle Wege in die Cellulase Regulation eingebunden sind. Transkriptomanalysen von verschiedenen Kohlenstoffquellen, Lichtbedingungen und mit Mutanten in Lichtreaktionswegen und Signalübertragungsgenen zeigten spezifische Regulation der Translationsmaschinerie sowie des Energiemetabolismus. Traditionell wurde angenommen, dass Cellulase Genexpression auf der Ebene der Transkription reguliert wird. Unsere Analysen führten nun zu dem Schluß, dass zwei G-protein gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) an der Erkennung von induzierenden Kohlenstoffquellen beteiligt sind. Deletion eines der beiden GPCRs verursachte eine starke Verringerung der Cellulaseaktivität, aber nicht der Transkription. Der Regulationsweg für die Cellulase Genexpression besteht also aus einem Teil, der die Transkription reguliert und einem Teil, der die Prozesse nach der Transkription (posttranskriptionelle Regulation) reguliert, wobei letzerer durch den Signalweg der heterotrimeren G-proteine angesteuert wird. Posttranskriptionelle Prozesse wurden allerdings bisher in T. reesei nicht untersucht, weder allgemein noch im Hinblick auf die Enzymproduktion. Im Zuge dieses Projekts konnten wir nun zeigen, dass die Faktoren, die die Stabilität der mRNA regulieren, zum Teil auch beträchtlich an der Regulation der Gene beitragen, die Kohlehydrate, wie zum Beispiel Cellulose und Xylan, abbauen. Auch das COP9-Signalosome, dessen Komponenten die Protein Stabilität beeinflussen, sind wichtig für die Regulation von Wachstum auf verschiedensten Kohlenstoffquellen sowie für die Cellulase-Regulation. Schließlich zeigen unsere Ergebnisse auch, dass die mRNA Stabilität durch Lichtexposition und Glukosezugabe beeinflusst wird.