Regulation von frühen Endosomenpopulationen bei Transportprozessen und der Zellteilung in Ustilago maydis
Creators: name: Schneider, Karina
Publisher: name: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Year: 2021
Subjects: Ustilago maydis
Nma1
CORVET Komplex
Langstreckentransport
Endozytose
Frühe Endosomen
Mitose
Meiose
Rab5
Aneuploidie
Chromosomenverteilung

description: Der Basidiomyzet Ustilago maydis ist ein wichtiger Modellorganismus für filamentöse, pflanzenpathogene Pilze. Die pathogene Phase beginnt im Anschluss an eine Fusion von zwei kompatiblen haploiden Sporidien, welche ein dikaryotisches Filament ausbilden. In diesem filamentösen Stadium ist der Langstreckentransport durch frühe Endosomen von besonderer Bedeutung, da diese Vesikel beispielsweise Proteine und mRNA in der Zelle verteilen. Die Verteilung und Fusion der frühen Endosomen werden über den konservierten CORVET-Komplex gesteuert. Der CORVET-Komplex besteht aus den vier Kernkomponenten Vps11, Vps16, Vps18 und Vps33, welche gleichzeitig den Kern des HOPS-Komplexes an den späten Endosomen bilden. Beide Komplexe unterscheiden sich in zwei zusätzlichen Untereinheiten, welche die spezifische Bindung des CORVET-Komplex (Vps3, Vps8) an die frühen und des HOPS-Komplex (Vps39, Vps41) an die späten Endosomen vermitteln. Nma1 wurde in Vorarbeiten als Interaktionspartner der Vps3-Untereinheit identifiziert und nimmt über diese Bindung Einfluss auf die Funktion des CORVET-Komplexes und damit auf die Fusion der frühen Endosomen. Die Population der frühen Endosomen in U. maydis zeigt funktionelle Redundanz, in Bezug auf ihre beiden spezifischen Rab5-GTPasen Rab5a und Rab5b und deren Interaktion mit dem CORVET-Komplex. Nma1 beeinflusst den CORVET-Komplex über eine Maskierung der Interaktion der CORVET-spezifischen Untereinheit Vps3 mit den frühen Endosomen. Dadurch erfolgt eine Kontrolle der Fusionsrate von frühen Endosomen und stellt sicher, dass für die Langstreckentransportprozesse stets die benötigte Anzahl an frühen Endosomen zur Verfügung steht. Neben der Lokalisierung von Nma1 über Vps3 auf den frühen Endosomen konnte auch eine Assoziierung mit dem Mikrotubulizytoskelett beobachtet werden. Die Lokalisierung entlang der Mikrotubulifilamente ist unabhängig von endosomalen Transportvorgängen. Während der mitotischen Zellteilung ist die Rab5a-GTPase, welche mit den frühen Endosomen assoziiert ist, für die Spindelstabilität, die zyklusphasenabhängige Koordination der Ausbildung von astralen Mikrotubuli und die Zytokinese im Anschluss an die Mitose relevant. Über Nma1, welches eine SMC-Domäne enthält (structural maintenance of chromosomes), erfolgt die Lokalisierung von Rab5a an die Spindelpolkörper. Eine Funktion der frühen Endosomen bei der Anheftung der Kinetochore an die Mitosespindel wurde auch für Säugetierzellen beschrieben. Ergänzend wurde die Lokalisierung von Rab5a und der zweiten Rab5-GTPase aus U. maydis, Rab5b, an der Zytoplasmabrücke für die Zytokinese nachgewiesen. Denkbar ist eine Funktion beim Transport von Septinen und Proteinen mit Relevanz für die Abschnürung von Mutter- und Tochterzelle. Während Rab5a in U. maydis Funktionen an der Mitosespindel erfüllt, gibt es Anhaltspunkte, dass Rab5b essenziell für die korrekte Chromosomensegregation während der Meiose ist. Die Deletion von rab5b führt in Stämmen, welche die meiotische Teilung durchlaufen zu einer fehlerhaften Chromosomenverteilung und daraus resultierend zu genomischer Instabilität und Aneuploidie. Um die speziellen Anforderungen für die Zellteilung bei Meiose und Mitose zu erfüllen, kommen häufig verschiedene, jedoch strukturähnliche Proteine zum Einsatz. Eine Funktion der frühen Endosomen während Zellteilungsvorgängen, bisher in Pilzen nicht bekannt, wurde in Säugetierzellen nachgewiesen. Die beobachteten Funktionen von Rab5b bei der meiotischen Zellteilung und Funktionen von Rab5a bei der Mitose deuten auf einen evolutionär konservierten Mechanismus hin.