title: The role of the RNA-binding protein RRm4 during filamentous growth of Ustilago maydis
title: Die Rolle des RNA-bindenden Proteins Rrm4 während des polaren Wachstums von Ustilago maydis
Creators: name: Koepke, Janine
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2012
Subjects: Filament
Secretion
RNS-Bindungsproteine
Intrazellulärer Transport
Proteom-Analyse
Ustilago
Sekretion
mRNA-Transport
RNA-binding protein
Biowissenschaften, Biologie
2-D-Gele

description: Polarität und funktionelle
      Kompartimentierung sind grundlegende Konzepte eukaryontischer
      Zellen. Der aktive Transport von Vesikeln, Proteinen und mRNA
      entlang des Zytoskeletts ist ein wichtiger Bestandteil bei
      der Etablierung und Aufrechterhaltung einer zellulären
      Polaritätsachse. In Ustilago maydis ist das RNA-bindende
      Protein Rrm4 am Mikrotubuli-abhängigen mRNA-Transport
      spezifischer Transkripte während der Filamentbildung
      beteiligt. Dieser Transportprozess ist wichtig für das
      polare, filamentöse Wachstum und die Pathogenität des Pilzes.
      Der Verlust von Rrm4 führt zu erhöhtem bipolarem Wachstum und
      einer gedrungenen Filamentmorphologie. Die eigentliche
      zellbiologische Funktion dieses mRNA-Langstreckentransportes
      ist noch weitestgehend ungeklärt. In dieser Arbeit wurden,
      basierend auf einer differentiellen Proteom-Analyse zwischen
      Wildtyp- und rrm4-Filamenten, sieben differentiell
      exprimierte Proteine identifiziert. Ihre funktionelle Analyse
      spricht für eine Beteiligung des Rrm4-abhängigen
      mRNA-Transportes an der Sekretion eines Zellwand-abbauendem
      Enzyms und der Biogenese von Mitochondrien. Die Deletion von
      rrm4 resultierte in einer intrazellulären Akkumulation der
      Endochitinase Cts1, wobei weder die subapikale Lokalisation
      noch die Aktivität der Cts1 beeinträchtigt wurde. Zudem
      bestätigte eine FISH-Analyse die cts1-mRNA als direktes
      Ziel-Transkript von Rrm4 und die Anreicherung der Cts1 konnte
      auf einen Defekt in der Sekretion von rrm4-Filamente
      zurückgeführt werden. Des Weiteren wurde anhand von drei
      differentiell exprimierten Mitochondrienproteinen in
      rrm4-Filamenten eine Dysfunktion identifiziert, welche sich
      in einer gesteigerten mitochondriellen Superoxid-Produktion
      äußerte. Um weitere Einblicke in den mRNA-Transport zu
      gewinnen, wurde eine Lokalisationsstudie des
      Poly-(A)-bindende Proteins (Pab1) durchgeführt. In
      Wildtyp-Filamenten ko-lokalisierte Pab1 mit Rrm4, in vivo, in
      pendelnden Partikeln. Interessanterweise wurden in
      rrm4-Filamenten keine sich bewegenden Pab1-Partikel
      detektiert. Folglich bildet Rrm4 die Haupttransporteinheit
      des mRNA-Langstreckentransports in Filamenten.
      Dementsprechend reguliert der Rrm4-abhängige mRNA-Transport
      apikale Sekretionsprozesse und scheint zusätzlich die
      gleichmäßige Versorgung des Protein-Imports in die
      Mitochondrien zu steuern.
description: Microtubule-dependent transport of
      mRNA in form of ribonucleoprotein (RNP) particles is a common
      mechanism for local restriction of protein synthesis and is
      essential for the establishment or maintenance of cell
      polarity during differentiation and development. Pathogenic
      development of Ustilago maydis depends on the formation of
      infectious filaments that grow with a defined axis of
      polarity. The RNA-binding protein Rrm4 mediates
      microtubule-dependent transport of distinct mRNAs in these
      filaments and loss of transport correlates with defects in
      polarity. Although a number of potential target mRNAs could
      be identified, cellular processes that depend on
      Rrm4-mediated transport remain largely unknown. Based on
      differential proteomics we identified seven differentially
      regulated protein-variants in rrm4Δ filaments involved in
      cell wall remodelling, translation and mitochondrial
      function. Consequently, we uncovered that the mRNA encoding
      the bacterial-type endochitinase Cts1 represents a direct
      target of Rrm4. In wild type filaments the encoded protein
      localizes predominantly at the growth cone, whereas it
      accumulates at both poles in rrm4Δ filaments. Filaments of
      cts1Δ mutants aggregate in liquid culture suggesting an
      altered cell surface. By activity measurements we
      demonstrated that Cts1 is secreted and associates most likely
      with the cell wall of filaments. Secretion is drastically
      impaired in filaments lacking Rrm4 or conventional kinesin
      Kin1 as well as in filaments with disrupted microtubules.
      Thus, Rrm4-mediated mRNA transport appears to be essential
      for efficient export of Cts1, uncovering a novel molecular
      link between mRNA transport and secretion. Additionally we
      identified three proteins of the mitochondrial inner membrane
      including the AAA protease Rca1. Preliminary results indicate
      that efficient mitochondrial import is disturbed in rrm4
      strains resulting in increased production of mitochondrial
      superoxide. To get more insights into the process of this
      mRNA-transport, we performed localization studies of the
      poly(A)-binding protein Pab1. Pab1 colocalizes with Rrm4 in
      vivo in almost all shuttling particles. Interestingly, in
      rrm4 filaments, Pab1 is no longer present in shuttling
      particles. Thus, the RNA-binding protein Rrm4 constitutes a
      key component of microtubule-dependent mRNA transport in the
      filamentous fungus Ustilago maydis. It seems that active mRNP
      transport is involved in apical secretion and might be
      important to support symmetric import of mitochondrial
      proteins.