title: Der Endosomen-gekoppelte mRNA-Transport entlang von Mikrotubuli ist wichtig für unipolares Wachstum in Ustilago maydis
title: Microtubule-dependent mRNA transport is coupled to endosomes and important for unipolar growth in Ustilago maydis
Creators: name: Baumann, Sebastian
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2013
Subjects: endosome , membrane trafficking
RNA transport
Biowissenschaften, Biologie
RNA live imaging , septin
Ustilago zeae

description: mRNA transport is an important
      mechanism to orchestrate polarised growth. Although basic
      principles of mRNA transport are well understood, key
      questions still remain open: Is mRNA transport connected to
      membrane trafficking and why do mRNAs move bidirectionally
      without accumulating subcellularly? The phytopathogenic
      basidiomycete Ustilago maydis grows in a highly polar manner.
      On the surface of its host plant maize fungal hyphae migrate
      via extended tip growth, which is a prerequisite for
      infection. Recently, the RNA recognition motif-harbouring
      protein Rrm4 was shown to be important for this asymmetric
      growth, since deletion of the corresponding gene causes an
      increased number of hyphae to establish two growth cones.
      Previous in vivo studies furthermore showed that Rrm4 binds
      RNAs and shuttles rapidly along microtubules. In this study
      RNA live imaging revealed that Rrm4 mediates cytoplasmic
      shuttling of a set of mRNAs encoding for example the
      ubiquitin fusion protein Ubi1, the small G-protein Rho3 and
      septin Cdc3. However, the investigated mRNAs do not
      accumulate subcellularly. It was demonstrated that mRNA
      binding is essential for Rrm4 function and polar growth.
      Furthermore, the molecular motors kinesin-3 and dynein carry
      out antero- and retrograde transport of mRNAs. Intriguingly,
      the same motors that are mandatory for mRNA transport also
      mediate endosome trafficking. Investigating septin mRNA
      transport applying dynamic live cell imaging revealed
      Rrm4-mediated co-transport of septin mRNA and encoded
      protein. Septins are highly conserved GTPases that function
      either in limiting membrane diffusion or as scaffold. Septins
      polymerise into higher-order structures and are involved in
      symmetry breaking and polar growth. Since co-localisation of
      mRNA and protein is indicative for local protein synthesis it
      was tested whether septin mRNA is directly translated on
      endosomes. Consistently, the accumulation of septin protein
      on endosomes is tightly linked to the recruitment of septin
      mRNA. Furthermore, ribosomal proteins co-localise with
      shuttling endosomes, but only in the presence of mRNA.
      Importantly, endosomal trafficking is essential for an
      efficient delivery of septin protein to septin filaments at
      growth cones. In sum, the novel mechanism of mRNA-hitchhiking
      on endosomes that are trafficking due to the action of
      kinesin-3 and dynein was uncovered. This constitutes a novel
      mechanism for loading endosomes with septin protein by local
      translation - a process that might be important for rapid and
      coordinated assembly of septin filaments at hyphal growth
      cones.
description: mRNA-Transport ist ein wichtiger
      Mechanismus zur Steuerung polaren Wachs-tums. Die
      grundlegenden Prinzipien des mRNA-Transports sind intensiv
      erforscht, aber ob mRNA- und Membrantransport gekoppelt sind
      und warum mRNAs bidirektionale Bewegung zeigen, jedoch nicht
      subzellulär akkumulieren, ist bisher nicht bekannt. Der
      phytopathogene Basidiomyzet Ustilago maydis bewegt sich auf
      der Pflanzen-oberfläche durch striktes polares
      Spitzenwachstum fort. Dies ist eine Grundvoraussetzung für
      die Infektion seiner Wirtspflanze Mais. Kürzlich wurde das
      RNA-Erkennungsmotive enthaltenden Protein Rrm4 identifiziert.
      Das Protein ist wichtig für die Steuerung des
      Spitzenwachstums, da entsprechende Deletionsmutanten eine
      zweite, gegenüberliegende Wachstumszone etablieren.
      Vorhergehende in vivo Studien haben außerdem gezeigt, dass
      Rrm4 RNA bindet und sich schnell bidirektional entlang von
      Mikrotubuli bewegt. In der vorliegenden Sudie wird mithilfe
      des „RNA live imaging“ visualisiert, dass Rrm4 eine Gruppe
      von mRNAs im Zytoplasma transportiert. Darunter befinden sich
      mRNAs, die für das Ubiquitin-Fusionsprotein Ubi1, für das
      kleine G-Protein Rho3, sowie für das Septin Cdc3 kodieren.
      Bemerkenswert ist jedoch, dass die mRNAs nicht sub-zellulär
      akkumulieren. Es konnte gezeigt werden, dass die Fähigkeit
      mRNA zu binden für die Rrm4 Funktionalität und für polares
      Wachstum essenziell ist. Des Weiteren wird der antero- und
      retrograde Transport durch Kinesin-3 und Dynein vermittelt.
      Interessant ist, dass diese für den mRNA-Transport
      notwendigen Motoren auch Endosomenbewegung ermöglichen. Die
      eingehende Untersuchung von Septin mRNA-Transport mithilfe
      des dyna-mischen „live cell imagings“ hat den Kotransport von
      Septin mRNA und dem kodierten Protein aufgedeckt. Septine
      sind hochkonservierte GTPasen, die entweder Diffusion in
      Membranen beeinträchtigen oder als intrazelluläres Gerüst
      dienen. Septine polymeri-sieren zu komplexen Strukturen, sind
      wichtig für polares Wachstum und tragen dazu bei, die
      Symmetrie einer Zelle aufzuheben. Da die Kolokalisation von
      mRNA und Protein ein Indiz für die lokale Proteinsynthese
      ist, wurde getestet, ob Septin mRNA an Endosomen translatiert
      wird. In Übereinstimmung damit bedingt die Anwesenheit von
      mRNA die Akkumulation des entsprechenden Proteins an
      Endosomen. Ferner kolokalisieren riboso-male Proteine
      mRNA-abhängig mit beweglichen Endosomen. Bemerkenswerterweise
      ist für einen effizienten Einbau von Septinprotein in
      Septinfilamente an Wachstumskegeln der Endosomentransport
      essenziell. Die Schlussfolgerung aus diesen Ergebnissen ist,
      dass mRNAs sich per „Anhalter“ auf Endosomen bidirektional
      durch die polarisierte Zelle bewegen. Dieser durch Kinesin 3
      und Dynein vermittelte Transport stellt einen neuartigen
      Mechanismus dar, bei dem Endosomen durch lokale Translation
      mit Septinprotein beladen werden. Dies könnte dazu dienen,
      einen schnellen und koordinierten Zusammenbau von
      Septinfilamenten an Wachstumskegeln von Pilzhyphen zu
      gewährleisten.