Regulation von frühen Endosomenpopulationen bei Transportprozessen und der Zellteilung in Ustilago maydis

Der Basidiomyzet Ustilago maydis ist ein wichtiger Modellorganismus fur filamentose, pflanzenpathogene Pilze. Die pathogene Phase beginnt im Anschluss an eine Fusion von zwei kompatiblen haploiden Sporidien, welche ein dikaryotisches Filament ausbilden. In diesem filamentosen Stadium ist der Langstreckentransport durch fruhe Endosomen von besonderer Bedeutung, da diese Vesikel beispielsweise Proteine und mRNA in der Zelle verteilen. Die Verteilung und Fusion der fruhen Endosomen werden uber 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 spaten Endosomen bilden. Beide Komplexe unterscheiden sich in zwei zusatzlichen Untereinheiten, welche die spezifische Bindung des CORVET-Komplex (Vps3, Vps8) an die fruhen und des HOPS-Komplex (Vps39, Vps41) an die spaten Endosomen vermitteln. Nma1 wurde in Vorarbeiten als Interaktionspartner der Vps3-Untereinheit identifiziert und nimmt uber diese Bindung Einfluss auf die Funktion des CORVET-Komplexes und damit auf die Fusion der fruhen Endosomen. Die Population der fruhen 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 uber eine Maskierung der Interaktion der CORVET-spezifischen Untereinheit Vps3 mit den fruhen Endosomen. Dadurch erfolgt eine Kontrolle der Fusionsrate von fruhen Endosomen und stellt sicher, dass fur die Langstreckentransportprozesse stets die benotigte Anzahl an fruhen Endosomen zur Verfugung steht. Neben der Lokalisierung von Nma1 uber Vps3 auf den fruhen Endosomen konnte auch eine Assoziierung mit dem Mikrotubulizytoskelett beobachtet werden. Die Lokalisierung entlang der Mikrotubulifilamente ist unabhangig von endosomalen Transportvorgangen. Wahrend der mitotischen Zellteilung ist die Rab5a-GTPase, welche mit den fruhen Endosomen assoziiert ist, fur die Spindelstabilitat, die zyklusphasenabhangige Koordination der Ausbildung von astralen Mikrotubuli und die Zytokinese im Anschluss an die Mitose relevant. Uber Nma1, welches eine SMC-Domane enthalt (structural maintenance of chromosomes), erfolgt die Lokalisierung von Rab5a an die Spindelpolkorper. Eine Funktion der fruhen Endosomen bei der Anheftung der Kinetochore an die Mitosespindel wurde auch fur Saugetierzellen beschrieben. Erganzend wurde die Lokalisierung von Rab5a und der zweiten Rab5-GTPase aus U. maydis, Rab5b, an der Zytoplasmabrucke fur die Zytokinese nachgewiesen. Denkbar ist eine Funktion beim Transport von Septinen und Proteinen mit Relevanz fur die Abschnurung von Mutter- und Tochterzelle. Wahrend Rab5a in U. maydis Funktionen an der Mitosespindel erfullt, gibt es Anhaltspunkte, dass Rab5b essenziell fur die korrekte Chromosomensegregation wahrend der Meiose ist. Die Deletion von rab5b fuhrt in Stammen, welche die meiotische Teilung durchlaufen zu einer fehlerhaften Chromosomenverteilung und daraus resultierend zu genomischer Instabilitat und Aneuploidie. Um die speziellen Anforderungen fur die Zellteilung bei Meiose und Mitose zu erfullen, kommen haufig verschiedene, jedoch strukturahnliche Proteine zum Einsatz. Eine Funktion der fruhen Endosomen wahrend Zellteilungsvorgangen, bisher in Pilzen nicht bekannt, wurde in Saugetierzellen nachgewiesen. Die beobachteten Funktionen von Rab5b bei der meiotischen Zellteilung und Funktionen von Rab5a bei der Mitose deuten auf einen evolutionar konservierten Mechanismus hin.