title: Functional characterization of a seven-WD40 repeat protein Rak1 in Ustilago maydis
title: Funktionale Charakterisierung des sieben-WD40-Domänen Proteins RACK1 in Ustilago maydis
Creators: name: Wang, Lei
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2011
Subjects: Biowissenschaften, Biologie

description: In the phytopathogenic smut fungus
      Ustilago maydis cell fusion of compatible haploid cells is
      controlled by a pheromone/receptor system. The pheromone
      signal is transmitted via a conserved MAP kinase module that
      activates Prf1, an essential regulator of sexual and
      pathogenic development. To find additional components in MAP
      kinase signaling, U. maydis Rak1, a seven-WD40 repeat motif
      protein that is orthologous to mammalian RACK1 was studied.
      rak1 gene was constitutively expressed and Rak1 protein
      localized in the cytoplasm as well as in the membrane
      fraction. In U. maydis Rak1 was found to affect cell wall
      synthesis and cell growth and could partially complement the
      growth phenotype of Saccharomyces cerevisiae asc1 mutant at
      elevated temperature. Deletion of rak1 strongly attenuated
      conjugation tube formation in haploid cells resulting in poor
      mating ability. This defect could be traced back to reduced
      expression of the pheromone and pheromone-receptor genes.
      With the genetic activation of the MAP kinase module, the
      formation of conjugation tubes of FB1rak1 could be rescued.
      Furthermore, the defect of FB1Drak1 in conjugation tube
      formation could be restored by the constitutive expression of
      the pheromone receptor gene pra1 or the pheromone response
      transcription factor prf1 upon pheromone stimulation. In
      solopathogenic strain the deletion of rak1 led to attenuated
      filamentation and pathogenicity, which could be rescued by
      the constitutive expression of an active bE/bW heterodimer.
      This analysis made it likely that rak1 controls the
      expression of prf1. By microarray analysis, 201 genes were
      identified to be differentially regulated in the rak1
      deletion strain. 163 up-regulated genes showed a significant
      enrichment in the functional categories like metabolism,
      energy, virulence and stress and toxin resistance. 38
      down-regulated genes showed a significant enrichment in lipid
      metabolism, fermentation and a MAPK signaling-dependent
      pathway. Among the down-regulated genes in FB1Δrak1, rop1, a
      direct positive transcriptional regulator of prf1, was
      detected. The constitutive expression of rop1 in FB1Δrak1
      could induce the expression of mfa1 as well as conjugation
      tube formation in response to pheromone stimulation.
      Collectively, rak1 functions as a novel regulator of rop1 and
      consequently of prf1 gene expression during mating and
      pathogenic development.
description: In dem pflanzenpathogenen Brandpilz
      Ustilago maydis wird die Paarungsreaktion zweier kompatibler
      Zellen durch ein Pheromon/Rezeptor System koordiniert. Der
      Pheromon Stimulus wird dabei über ein konserviertes MAP
      Kinase Modul übermittelt was zur Aktivierung von Prf1 führt,
      einem essentiellen Regulator für sexuelle und pathogene
      Entwicklung. Um zusätzliche Komponenten des MAP kinase
      Signalwegs zu finden, wurde U. maydis Rak1, ein
      sieben-WD40-Domänen Protein, ein Ortholog von RACK1 in
      Säugerzellen, untersucht. In U. maydis wird rak1 konstitutiv
      exprimiert und lokalisiert im Zytoplasma und in der Membran.
      Rak1 spielt eine Rolle in der Aufrechterhaltung der
      Zellwandintegrität und in der Regulation des Zellwachstums
      und konnte den bei erhöhten Temperaturen auftretenden
      Wachstumsphänotyp von Saccharomyces cerevisiae asc1 Mutanten
      komplementieren. Die Deletion von rak1 führte zu einer
      deutlichen Reduktion der Bildung von Konjugationshyphen und
      resultierte damit in dramatisch reduzierter
      Paarungseffizienz. Dieser Effekt konnte auf die reduzierte
      Expression des Pheromon- und des Pheromonrezeptor-Gens
      zurückgeführt werden. Durch die genetische Aktivierung des
      MAP kinase Moduls konnte die Bildung von Konjugationshyphen
      in FB1Drak1 wieder hergestellt werden. Weiterhin konnte die
      Konjugationshyphenbildung durch konstitutive Expression des
      Pheromonrezeptor Gens pra1 oder des Pheromon aktivierten
      Transkriptionsfaktors prf1 und gleichzeitiger Gabe von
      kompatiblem Pheromon wiederhergestellt werden. In
      solopathogenen Stämmen führte die Deletion von rak1 zu
      abgeschwächter Filamentbildung sowie Pathogenität, was durch
      Expression des kompatiblen bE/bW Heterodimers komplementiert
      werden konnte. Diese Analyse erlaubte es rak1 genetisch
      oberhalb von prf1 zu platzieren. Durch Mikroarray-Analyse
      konnten 201 Gene identifiziert werden, die in dem rak1
      Deletionsstamm differenziell reguliert sind. 163 induzierte
      Gene zeigten eine signifikante Anreicherung in den
      funktionellen Kategorien Metabolismus, Energie, Virulenz und
      Stress- bzw. Toxinresistenz. Die 38 reprimierten Gene zeigten
      eine signifikante Anreicherung im Lipidstoffwechsel,
      Fermentation und einem MAPK abhängigen Signalweg. Unter den
      reprimierten Genen in FB1Drak1 wurde rop1 gefunden, ein
      direkter positiver transkriptioneller Regulator von prf1. Die
      konstitutive Expression von rop1 in FB1Drak1 führte zur
      Induktion der Expression von mfa1 und der Pheromon-abhängigen
      Konjugationshyphenbildung. Zusammenfassend wirkt Rak1 als
      neuartiger Regulator der rop1 und dadurch prf1 Genexpression
      während der Kreuzungsreaktion und der pathogenen
      Entwicklung.