Molekulare Grundlagen der Intra- und Interspezies-Zellkommunikation in filamentösen Pilzen

• Antragsteller: Professor Dr. André Fleißner
• Fachliche Zuordnung: Genetik und Genomik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406255916

In der Entwicklung und Vermehrung filamentöser Pilze spielen somatische Zellfusionen eine wichtige Rolle. So erkennen sich keimende Sporen des roten Brotschimmels Neurospora crassa, interagieren miteinander und fusionieren schließlich zu einer suprazellulären Einheit, die sich weiter in die typische myzelartige Kolonie entwickelt. Im Inneren dieser Kolonien fusionieren wiederum Hyphenverzweigungen miteinander, so dass eine stark vernetze Struktur entsteht. Unsere früheren Arbeiten haben gezeigt, das fusionierende Keimlinge einen ungewöhnlichen Kommunikationsmechanismus benutzen, in dem sich die zwei Fusionspartner regelmäßig im Signalsenden und -empfangen abwechseln und somit eine Art “zellulären Dialog” etablieren. Auf molekularer Ebene beinhaltet dieses Verhalten die abwechselnde Rekrutierung eines MAP-Kinase-Moduls (MAK-2) und des pilzspezifischen SO-Proteins an die Plasmamembran. Unsere neueren Vorarbeiten haben sich mit der molekularen Funktion des SO-Proteins beschäftigt. Dabei zeigte sich, dass SO mit einem zweiten, ebenfalls für die Fusion essentiellen MAP-Kinase-Signalweg (MAK-1) interagiert, der an der Regulation des Aktinzytoskeletts während des gerichteten Wachstums beteiligt ist. Darüber hinaus wurde ein neuer SO-Interaktionspartner (SIP-1) identifiziert, der bereits in noch nicht interagierenden Keimlingen oszillierend an der Zellspitze lokalisiert. Diese Beobachtung deutet daraufhin, dass bereits in einzelnen Zellen ein rascher, zellautonomer Wechsel zwischen zwei physiologischen Zuständen erfolgt. Vor dem Hintergrund, dass keimende Sporen das hauptsächliche infektiöse Agens pathogener Pilzspezies sind, ist diese Beobachtung von weitreichender Bedeutung. Des Weiteren konnten wir zeigen, dass der Zelldialog-Mechanismus auch in einem phytopathogenen Pilz, dem Grauschimmel Botrytis cinerea, hochkonserviert ist. Sporen von N. crassa und B. cinerea interagieren sogar miteinander, fusionieren jedoch nicht, nachdem physischer Kontakt etabliert ist. Interessanterweise scheinen aber die Keimlingsfusion und das infektiöse Wachstum zwei alternative, sich gegenseitig ausschließende Entwicklungsrichtungen in B. cinerea darzustellen.Die Ziele dieses Projekts bestehen darin, die molekulare Funktion und Interaktion der Proteine SO und SIP-1 aufzuklären und ihre Rollen in dem bekannten Signalnetzwerk vor und während der Zell-Zell-Interaktion zu beschreiben. Dabei liegt der Fokus auf der Wechselwirkung der beiden Proteine mit dem MAK-1 MAP-Kinase-Signalweg und dem Aktinzytoskelett. Darüber hinaus sollen die molekularen Grundlagen der zellulären Entscheidung zwischen Fusion und Infektion in B. cinerea aufgeklärt sowie der Mechanismus der Verhinderung von Interspezies-Fusionen beschrieben werden.Die erhaltenen Daten werden einen wichtigen Beitrag zum weiteren Verständnis der eukaryotischen Zellkommunikation und -fusion, pilzlicher Pathogenitätsmechanismen sowie der zellulären Selbst/Nicht-Selbst-Erkennung leisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen