title: Regulation of cellular adhesion of Saccharomyces cerevisiae by pH and the Rim101 signaling pathway
title: Regulation der zellulären Adhäsion von Saccharomyces cerevisiae durch pH und den Rim101-Signalweg
Creators: name: Birke, Raphael
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2011
Subjects: pH
adhesion
Adhäsion
cellular adhesion
Rim101 signaling pathway
Biowissenschaften, Biologie
Saccharomyces cerevisiae
Rim101-Signalweg
zelluläre Adhäsion

description: In many microorganisms the control
      of cellular adhesion plays a crucial role in establishing
      contact to various environmental habitats. This also includes
      the budding yeast Saccharomyces cerevisiae that is capable of
      adapting its adhesive properties to changes in the
      environment. S. cerevisiae possesses a set of cell surface
      glycoproteins – the flocculins – which belong to the family
      of fungal GPI-linked adhesins. A key flocculin for adhesion
      to agar and plastic surfaces is Flo11. FLO11 gene expression
      underlies the complex control of numerous signaling pathways
      that converge on the exceptionally large FLO11 promoter and
      respond to diverse environmental stimuli. In this work, the
      regulation of the Flo11-dependent adhesion by external pH was
      investigated in detail. One focus was on the Rim101 signaling
      pathway, which is highly conserved in fungi and confers
      pH-dependent regulation of diverse cellular processes. The
      results obtained demonstrate that the Rim101 signaling
      pathway of S. cerevisiae plays a central role in controlling
      Flo11-dependent adhesion under acidic and neutral conditions.
      It was found that the transcriptional repressor Rim101
      indirectly regulates FLO11 expression by controlling
      expression of the genes for the transcriptional repressors
      Nrg1, Nrg2 and Smp1, hereby. Several DNA elements within the
      FLO11 promoter could be identified and characterized that
      confer in vitro binding and in vivo regulation by Nrg1 and
      Nrg2. Genome-wide transcriptional analysis revealed that
      FLO11 belongs to a large group of genes that are strongly
      regulated during the shift from neutral to alkaline pH. It
      was found that FLO11 expression and Flo11-dependent adhesion
      are strongly down-regulated under alkaline conditions. The
      reduction of FLO11 expression occurs independent of the
      Rim101 signaling pathway by a yet unknown regulatory system.
      Finally cell biological measurements suggest that an
      alteration of cell surface peptides – possibly induced by
      inactivation of the Flo11-protein may be an additional cause
      for the distinctive loss of adhesion under alkaline
      conditions.
description: Die Steuerung der zellulären
      Adhäsion nimmt in vielen Mikroorganismen eine bedeutende
      Rolle bei der Kontaktaufnahme mit verschiedensten
      Umweltstandorten ein. Auch die Sprosshefe Saccharomyces
      cerevisiae ist in der Lage, ihre adhäsiven Eigenschaften an
      die Umweltbedingungen anzupassen. Hierzu verfügt S.
      cerevisiae über mehrere Zelloberflächen-Glycoproteine, die
      Flokkuline, die zur Familie der pilzlichen GPI-verankerten
      Adhäsine gehören. Ein zentrales Flokkulin ist Flo11, das
      Adhäsion an Agar- und Plastikoberflächen ermöglicht. Die
      Expression des FLO11-Gens wird über einen ungewöhnlich großen
      Promotor durch zahlreiche Signalwege als Antwort auf
      verschiedene Umweltstimuli komplex reguliert. In der
      vorliegenden Arbeit wurde die Regulation der
      Flo11-vermittelten Adhäsion durch den äußeren pH im Detail
      untersucht. Im Zentrum stand dabei die Rolle des
      Rim101-Signalwegs, der bei Pilzen stark konserviert ist und
      für die pH-abhängige Regulation verschiedener zellulärer
      Prozesse verantwortlich ist. Es konnte gezeigt werden, dass
      der Rim101-Signalweg in S. cerevisiae für die Flo11-abhängige
      Adhäsion in saurem und neutralem Milieu wichtig ist. Dabei
      reguliert der transkriptionelle Repressor Rim101 die
      FLO11-Expression indirekt über die Steuerung der Gene für die
      Transkriptions-repressoren Nrg1, Nrg2 und Smp1. Hierfür
      konnten mehrere DNA-Elemente im FLO11-Promotor identifiziert
      werden, die durch Nrg1 und Nrg2 in vitro gebunden und in vivo
      reguliert werden. Weiterführende genomweite
      Transkriptomanalysen ergaben, dass FLO11 zu einer großen
      Gruppe von Genen gehört, die beim Übergang von neutralem zu
      alkalischem pH stark reguliert werden. Es zeigte sich, dass
      die FLO11-Expression und die Flo11-abhängige Adhäsion in
      alkalischem Milieu stark unterdrückt werden. Dabei erfolgt
      die Reduktion der FLO11-Expression unabhängig vom
      Rim101-Signalweg und wird über ein unbekanntes
      Regulationssystem vermittelt. Zusätzlich deuten
      zellbiologische Analysen darauf hin, dass eine Veränderung
      der Zelloberfläche, möglicherweise hervorgerufen durch eine
      direkte Inaktivierung von Flo11, Ursache für den ausgeprägten
      Adhäsionsverlust unter alkalischen pH-Bedingungen
      ist.