Zusammenspiel zwischen Mechanismen zur Selbst und Nicht-Selbst Erkennung in Neurospora crassa

• Antragsteller: Dr. Jens Heller
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 264672483

Die Evolution von Vielzelligkeit geht mit einer Fülle an Schwierigkeiten einher. Der extreme Grad an Kooperation, der für vielzellige Organismen notwendig ist, benötigt ein Maximum an Koordination und Kommunikation zwischen den einzelnen Zellen. Die Fähigkeit Selbst von Nicht-Selbst zu unterscheiden ist eine kritische Eigenschaft für interagierende Zellen in allen Organismen. Zellen müssen in der Lage sein ihre Umwelt wahrzunehmen um mögliche Interaktionspartner anzulocken oder potentielle Gefahren zu meiden ohne ihre Umgebung zu sehen oder zu hören. Das Immunsystem von Säugern ist nur eines von vielen Beispielen für die grundsätzliche Notwendigkeit von Mechanismen zur Nicht-Selbst Erkennung in vielzelligen Organismen. Die molekularen Grundlagen der Nicht-Selbst Erkennung in Mikroben sind noch immer nicht komplett verstanden. Der filamentöse Pilz Neurospora crassa ist ein Modellorganismus mit vielen genomischen und genetischen Werkzeugen, mit denen die molekularen Grundlagen der Nicht-Selbst Erkennung in eukaryotischen Mikroben erforscht werden kann. Dieser Organismus wird seit langem für die Erforschung der Heterokaryon Inkompatibilität verwendet. Dabei handelt es sich um einen Mechanismus des programmierten Zelltods zur Vermeidung der Etablierung heterokaryotischer Fusionsprodukte zwischen genetisch andersartigen Individuen. Wir haben Mechanismen zur Nicht-Selbst Erkennung in N. crassa Keimlingen entdeckt, die bei weitem komplizierter sind als bislang angenommen. Tatsächlich nutzt der Pilz drei Stufen der Nicht-Selbst Erkennung um die Fusion genetisch andersartiger Keimlinge zu verhindern. (1) Er ist in der Lage genetisch andersartige Individuen über eine größere Distanz zu erkennen und deren Anziehung und damit das Fusionieren zweier Individuen, die verschieden sind, zu vermeiden. (2) Nach der Anziehung und dem Kontakt einiger Keimlinge, die genetisch verschieden sind, findet der Zellwandabbau (dies ist der erste Schritt der Zellfusion) nicht statt. (3) Innerhalb weniger Minuten nachdem zwei genetisch andersartige Keimlinge miteinander fusionieren wird in dem Fusionspaar Zelltod hervorgerufen. Dies ist das erste Mal, dass solche Mechanismen der Nicht-Selbst Erkennung in Keimlingen von filamentösen Pilzen beobachtet werden. Die hier beschriebene Forschung wird mit Hilfe einer Bulked Segregant Analyses in Verbindung mit Sequenzierung der nächsten Generation die Gene identifizieren, die für die beschriebenen Phänotypen verantwortlich sind. Die entsprechenden Gene werden dann funktional charakterisiert. Zusammenfassend werden die Experimente und Ergebnisse, die in diesem Antrag beschrieben sind, die Grundlagen für ein neues Forschungsfeld in der Nicht-Selbst Erkennung bei filamentösen Pilzen legen. Dies wird ebenfalls anwendbar sein auf Anziehung, Fusion und Nicht-Selbst Erkennung in anderen eukaryotischen Spezies.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Dr. N. Louise Glass