Regulation der Transkriptionsaktivierungsfunktion von Gal4 durch Gal80
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Regulation der Genaktivität ist von entscheidender Bedeutung für die Anpassung von Organismen an die Umwelt. Die regulierte Aktivierung oder Inaktivierung von Genen auf Ebene der Transkription erfordert die Erhöhung oder Reduktion der Transkriptionsrate durch Übertragung von Signalen auf den Transkriptionsapparat. In vielen Fällen sind oft weder die chemische Natur der relevanten Signalmoleküle, noch die Details des Übertragungsprozesses, noch die Steuerung der Transkriptionsrate verstanden. Bisher am besten untersucht ist der sog. Galactose-Schalter der Hefe, ein Lehrbuchbeispiel für einen eukaryotischen Transkriptionsschalter. Das Regulationsmodul besteht hier aus drei Proteinen, Gal4, einem prototypische Transkriptionsaktivator, Gal80 und Gal3. Gal80 kann an dessen Transkriptionsaktivierungsdomäne binden und dadurch die Genaktivierung verhindern. Gal3 dient als Signalüberträger, in dem es intrazelluläre Galactose binden und in dieser Form mit Gal80 einen Komplex bilden kann. Dadurch wird die Gal80-vermittelte Inhibierung von Gal4 aufgehoben und die Transkription der Gene des Galactose-Metabolismus aktiviert. Wie und wo Gal3 allerdings die Gal4-Gal80 Interaktion beeinflusst bzw. ob die Bindung von Gal3 und Gal4 an Gal80 gleichzeitig erfolgen kann, sind offene Fragen, die in diesem Projekt adressiert wurden. Dabei wurde das "klassische" Gal4-Gal80-Gal3 Modul aus Saccharomyces cerevisiae mit einem homologen Modul (KlGal4, KlGal80 und KlGal1) aus der Hefe Kluyveromyces lactis verglichen. Letzteres ist einfacher, da die durch Genomduplikation in S. cerevisiae entstandene Redundanz der Signalüberträgers Gal3/ScGal1 entfällt. Die Ergebnisse stützen das Dissoziationsmodell, das besagt, dass KlGal1/Gal3 Gal80 aus dem Gal4-Gal80 Komplex verdrängen kann. Der Verbrauch der Galactose im Medium führt zu Re-assoziation von Gal4 und Gal80 im Chromatin. Es gelang, eine neue KlGal80-Region zu identifizieren, die sowohl in die Interaktion mit KlGal1 involviert als auch für den Kerntransport von KlGal80 verantwortlich ist. Trotz hoher Sequenzähnlichkeit ist diese Funktion im Gal3 Protein nicht zu finden. Dies deutet darauf hin, dass der Schaltmechanismus in K. lactis und S. cerevisiae verschieden ist. Dagegen konnte gezeigt werden, dass beide Gal80 Varianten NAD(P) binden können und dadurch die Bindung an Gal4 geschwächt wird. Äquivalente Mutationen, die die NAD(P) Bindung verhindern, haben jedoch in KlGal80 und ScGal80 unterschiedliche Auswirkungen, was wiederum darauf hindeutet, dass der Genaktivierungsprozess in vivo sich zwischen beiden Hefen unterscheidet. Vergleichende Strukturanalysen der Gal80 Komplexe, wofür in diesem Projekt wichtige Grundsteine gelegt wurden, sollten diesbezüglich Aufklärung bringen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2011) Evolutionary aspects of a genetic network: Studying the lactose/galactose regulon of Kluyveromyces lactis. Methods Mol.Biol. 234: 259-277
Anders, A. and Breunig, K. D.
