Die Rolle der Unfolded Protein Response in Entwicklung und Pathogenität von Ustilago maydis

• Antragsteller: Professor Dr. Kai Heimel
• Fachliche Zuordnung: Genetik und Genomik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 262636951

Die Unfolded Protein Response (UPR) ist ein hochkonservierter eukaryotischer Signalweg dessen primäre Funktion in der Sicherstellung der Homöostase des endoplasmatischen Retikulums (ER) liegt. Neuere Studien konnten zeigen, dass die UPR auch an der Kontrolle von Entwicklungs- und Differenzierungs-vorgängen in Eukaryoten beteiligt ist. Die molekularen Mechanismen der UPR-abhängigen Entwicklungskontrolle sind in höheren Eukaryoten jedoch nur unzureichend verstanden und in Pilzen nahezu unerforscht. Vorangegangene Studien mit dem pflanzenpathogenen Pilz Ustilago maydis zeigten ausgeprägte Wechselwirkungen zwischen der UPR und den die Entwicklung steuernden Signalwegen. Diese Verknüpfung erfolgt zum einen durch die direkte Interaktion zwischen Clp1 einem Entwicklungsregulator und Cib1, dem zentralen Transkriptionsregulator der UPR. Durch diese Interaktion wird Clp1 stabilisiert, die ER Stressresistenz erhöht. Da eine Akkumulation von Clp1 entscheidend für die Proliferation innerhalb der Wirtspflanze ist wird auf diese Weise die Progression der biotrophen Entwicklung gesteuert und eine UPR-Überaktivierung in ihrem weiteren Verlauf verhindert. Zum anderen unterdrückt die vorzeitige Aktivierung der UPR den morphogenetischen Wechsel vom knospenden zum infektiösen filamentösen Wachstum, unabhängig von Clp1. Durch eine Kombination von Transkriptomanalysen, zellbiologischen und biochemischen Ansätzen sollen die Auswirkungen der Clp1-abhängigen und der Clp1-unabhängigen Wechselwirkungen zwischen der UPR und den Entwicklungssignalwegen auf mechanistischer Ebene untersucht werden. In einem zweiten Projekt sollen die Auswirkungen der UPR-Überaktivierung untersucht werden. Von besonderer Bedeutung ist hierbei die Funktion eines UPR-Repressors, der durch die ungespleißte mRNA eines zu Hac1/Xbp1-homologen Proteins codiert wird. Dieser negative UPR-Regulator wirkt eine UPR-Überaktivierung entgegen und besitzt eine wichtige Rolle bei der Feinabstimmung der UPR-Aktivität. Eine derartige Funktion ist neu für pilzliche Modellsysteme, zeigt jedoch deutliche Übereinstimmungen mit der Situation in höheren Eukaryoten. Die Verwendung von U. maydis als einfaches und leistungsfähiges genetisches Modellsystem, erlaubt es die spezifischen Funktionen isoliert zu betrachten und in vivo zu untersuchen. Unsere Studien sind von besonderem Interesse im Bezug auf die UPR-abhängige Krankheitsentwicklung in höheren Eukaryoten da eine Überaktivierung der UPR sowohl in Pilzen als auch in Menschen schwerwiegende Folgen hat.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen