title: Meiotische Ziele ded Ras/cAMP/PKA Pfades während der Regulation der Sporenbildung in Saccharomyces cerevisiae
title: Meiotic targets of the Ras/cAMP/PKA pathway during regulation of spore formation in Saccharomyces cerevisiae
Creators: name: Muscó, Massimiliano
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2017
Subjects: bPAC photoactivated adenylyl cyclase from bacteria cAMP cyclic adenosine monophosphate Meiosis PKA Protein Kinase A MP Meiotic plaque SPO
bPAC photoaktiviert Adenylyl Cyclase aus Bakterien cAMP zyklische Adenosin Monophosphate Meiose PKA Protein Kinase A MP meiotische Plaque SPO
Life sciences
Biowissenschaften, Biologie
Sporul
Die Untersuchung der Regulierung der Sporenbildung durch PKA auf eine Ernährungs-Ebene

description: Sporulation in Saccharomyces
      cerevisiae occurs in response to starvation for nutrients and
      in presence of a non-fermentable carbon source like potassium
      acetate which lead diploid yeast cells to undergo meiosis and
      subsequently to package the haploid nuclei in ascospores. The
      number of formed spores is between one and four and depends
      on the availability of nutrients, the more nutrients are
      available the higher is the number of spores per ascus. This
      regulation of the spore numbers is called spore number
      control (SNC) and occurs at the yeast centrosome called
      spindle pole body (SPB). A meiotic placque (MP) which works
      as scaffold to initiate the synthesis of the
      prosporemembrane, is composed by three essential proteins
      Mpc54, Mpc70 and Spo74. The regulation of spore number is
      controlled by nutrients which according to the concentration
      of potassium acetate (KOAc) regulate the amount of MP
      proteins and by the spindle polarity which is the basis for
      adaptation of gamete numbers during meiosis, the age of the
      SPBs indeed is crucial for the selection of the SPBs to
      modify and that will become spores. The protein Ady1 is
      phosphorylated by the kinase PKA in vitro. Ady1 has a genetic
      interaction with the SPB components and localizes all the MP
      components to the SPBs, it is responsible then of the
      formation and the activity of the MP. The nutrient-responsive
      Ras/cyclic AMP (cAMP)/protein kinase A (PKA) pathway
      influences proliferation, carbohydrate metabolism, entry into
      meiosis and gamete numbers in response to nutrients in
      Saccharomyces cerevisiae. In this study, it was shown how
      Ras/cAMP/PKA signal transduction pathway influences the
      adjustment of spore numbers to external nutrients.
      Specifically, low PKA activity increased the spore formation
      by increasing the abundance of two MP proteins Mpc70 and
      Spo74 plus Ady1 when the source of potassium acetate is poor.
      The approach which has been used to induce high PKA prevented
      spore formation, many cells did not reach the meiotic
      divisions. Nevertheless, by this method it was possible to
      see that the Mpc54 protein encoded by the early gene MPC54 is
      affected in its abundance as well. My assays revealed that
      all these players are in vivo targets of PKA. Mpc54, Mpc70 as
      well as the meiotic protein Ady1 could be indirectly targets
      of PKA. The data suggested that Spo74, is a direct target of
      PKA and this direct regulation contributed to spore number
      control. PKA activity as well affected the timing of meiotic
      entry, cells entered meiosis earlier when PKA was reduced.
      The collected data indicated that inactivation of the
      transcription factor Nrg1 reduces spore formation. Yet, high
      PKA activity affected negatively the plasma membrane
      localization of Ras proteins during vegetative growth and
      sporulation. Finally, it has been shown that the activity of
      PKA controls the activity of other components like the
      nucleolar protein Fob1, the regulatory subunit of Snf1 called
      Snf4 and the nicotinamidase Pnc1. Overall, the findings imply
      the involvement of the Ras/cAMP/PKA pathway in the regulation
      of gamete numbers during yeast meiosis.
description: Sporulation in Saccharomyces
      cerevisiae entsteht durch Nährstoffmangel in Gegenwart einer
      nicht-fermentierbaren Kohlenstoffquelle wie Kaliuacetat,
      welches diploide Hefezellen veranlasst die Meiose einzuleiten
      und darauf folgend haploide Nuklei in Ascosporen zu
      verpacken. Die Anzahl der gebildeten Sporen liegt zwischen
      einer und vier und hägt von der Verfügbarkeit von Nährstoffen
      ab. Je mehr Nährstoffe verfügbar sind, desto höher ist die
      Anzahl von Sporen pro Ascus. Diese Regulierung der Sporenzahl
      wird als 'spore number control' (SNC) bezeichnet und tritt am
      Hefe-Zentrosom, genannt 'spindle pole body' (SPB), auf. Die
      meiotische Platte (MP), welches als Gerüst dient um die
      Synthese der Prosporenmembran zu initiiren, setzt sich aus
      den drei essentiellen Proteinen Mpc54, Mpc70 und Spo74
      zusammen. Die Regulierung der Sporenzahl wird sowohl durch
      Nährstoffe kontrolliert, welche in Abhängigkeit der
      Konzentration von Kaliumacetat (KOAc) die Menge der
      MP-Proteine regulieren, als auch durch die Spindelpolarität,
      welche die Grundlage für die Adaptation der Gametenzahl
      während der Meiose ist. Das Alter der SPBs ist entscheidend
      für die Auswahl, welche der SPBs zu Sporen werden. Das
      Protein Ady1 wird in vitro durch die Kinase PKA
      phosphoryliert. Ady1 hat eine genetische Interaktion mit
      SPB-Komponenten und lokalisiert alle MP-Komponenten an den
      SPBs, wodurch es für die Formierung und Aktivität des MP
      verantwortlich ist. Der nährstoffabhängige Ras/zyklisches AMP
      (cAMP)/Proteinkinase A (PKA) Signaltransduktionskaskade
      beeinflusst die Proliferation, den Kohlenhydratstoffwechsel,
      den Eintritt in die Meiose und die Gametenzahl in
      Abhängigkeit von Nährstoffen in Saccharomyces cerevisiae. In
      dieser Arbeit wurde gezeigt, wie die Ras/cAMP/PKA
      Signaltransduktionskaskade die Regulierung der Sporenzahl
      durch externe Nährstoffe beeinflusst. Besonders eine hohe
      PKA-Aktivität reduziert die Sporenbildung durch eine
      Reduzierung der Abundanz der Komponente Ady1. Eine niedrige
      PKA-Aktivität erhöht die Sporenbildung durch die Erhöhung der
      Abundanz von zwei MP-Proteinen und Ady1 bei geringer
      Natriumacetatkonzentration. Die Methode, welche angewandt
      wurde um die PKA zu induzieren, verhinderte die
      Sporenbildung. Viele Zellen durchzogen keine meiotische
      Teilungen. Jedoch konnte mit dieser Methode gezeigt werden,
      dass Mpc54, codiert durch das frühe Gen MPC54, auch in seiner
      Abundanz beeinflusst wird. Meine Untersuchungen zeigten, dass
      alle diese Komponenten in vivo ein Ziel der PKA sind. Mpc54,
      Mpc70 als auch das meiotische Protein Ady1 könnten indirekte
      Ziele der PKA sein, wobei die Daten darauf hindeuten, dass
      Spo74 ein direktes Ziel der PKA ist und diese direkte
      Regulierung zur Kontrolle der Sporenzahl beiträgt. Die
      PKA-Affinität beeinflusste auch die zeitliche Regulierung des
      Eintritts in die Meiose, denn die Zellen traten früher in die
      Meiose ein wenn die PKA-Aktivität rediziert war. Die
      gesammelten Daten deuten daraf hin, dass eine Inaktivierung
      des Transkriptionsfaktors Nrg1 die Sporenbildung reduziert.
      Jedoch beeinflusste eine hohe PKA-Aktivität negativ die
      Plasmamembranlokalosierung von Ras- Proteinen während des
      vegetativen Wachstums und der Sporulation. Es konnte gezeigt
      werden, dass die Aktivität der PKA auch die Aktivität
      weiterer Komponenten wie dem Kernprotein Fob1, der
      regulatorischen Untereinheit von Snf1, genannt Snf4 und der
      Nikotinamidase Pnc1 beeinflusst. Zusammenfassend erklären die
      Beobachtungen die Beteiligung des Ras/cAMP/PKA Pfades bei der
      Regulierung der Gamentenzahl während der Meiose der
      Hefe.