Lichtabhängige G-protein Signalübertragung in H. jecorina

Die Übertragung von Umweltsignalen in einer Zelle gehört zu den wichtigsten Prozessen, die einem Organismus ermöglichen in seiner ökologischen Nische zu überleben und sich gegen seine Konkurrenz durchzusetzen. Optimierung dieser Signalübertragung dient der schnelleren Auswertung von Information bei geringerem Verbrauch zellulärer Ressourcen. In den letzten Jahren konnten wir zeigen, dass die Signalübertragungswege der Reaktion auf Licht und der heterotrimeren G-Proteins die Regulation der Cellulase-Genexpression in Hypocrea jecorina (anamorph Trichoderma reesei) steuern. Gleichzeitig haben wir auch festgestellt, dass diese Signalwege nicht unabhängig voneinander sind und dass Licht einen wichtigen Einflußfaktor darstellt. Daraus ergibt sich die Frage, wie das Lichtsignal in die Signalkaskade, die durch die heterotrimeren G-Proteine gebildet wird, eingebracht wird und deren Effekt somit beeinflusst. Im vorliegenden Projekt solle auf diese Fragen durch Aufklärung der Interaktion der Proteine, aus denen diese beiden Signalwege aufgebaut sind, Antworten gefunden werden. Durch diese Interaktionen ist es möglich die Übermittlung des Signals nachzuvollziehen und die fehlenden Verbindungsstücke zwischen diesen Wegen zu identifizieren. Damit kann eine gezielte Analyse und Ausnutzung dieser Signale und ihrer Auswirkungen ermöglicht werden. Die Ergebnisse dieses Projekts können die bestehenden Interaktomdaten von Hefe und höheren Eukaryoten ergänzen und zur Aufklärung der evolutionären Konservierung von Signalwegen und ihren Zielgenen beitragen. Pilze sind bedeutende Lebewesen für unsere Gesellschaft. So werden zum Beispiel mehr und mehr immunsupprimierte Menschen von pathogenen Pilzen bedroht. Andererseits produzieren Pilze auch Peptaibole, die als Alternative zu klassischen Antibiotika diskutiert werden. Die Anwendungen reichen bis zum Einsatz als biologische Schädlingsbekämpfungsmittel. Bei all diesen Vorgängen spielen Signalübertragungswege eine wichtige Rolle. Daher wird die Bedeutung unserer Ergebnisse nicht nur auf Einsichten in die Physiologie von Hypocrea jecorina beschränkt sein, sondern wertvolle Ansatzpunkte für die Untersuchung anderer Pilze liefern.

Zellulose als Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände ist eine reichlich vorhandene erneuerbare Ressource, besonders für die Produktion von Biotreibstoffen der zweiten Generation. Der filamentöse Pilz Trichoderma reesei ist an den Abbau pflanzlicher Zellwände angepasst und produziert eine sehr effiziente Enzymmischung für diese Aufgabe. Im Rahmen dieses Projekts haben wir die Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen Signalübertragungswegen untersucht, die eine veränderte Expression von Genen, die für den Abbau von Zellulose nötig sind (vor allem Zellulasen), bewirken. Diese Signalwege übertragen Signale, die die Umgebung des Pilzes beschreiben, etwa ob es hell oder dunkel ist, ob viele oder wenige Nährstoffe (z. B. Kohlenstoffquellen) vorhanden sind oder ob chemische Komponenten die Anwesenheit eines Konkurrenten oder eines möglichen Paarungspartners (Pheromone) anzeigen. Wir haben die Geneexpression von T. reesei bei Wachstum in Licht und in Dunkelheit auf verschiedenen Zellulase induzierenden, nicht induzierenden und reprimierenden Kohlenstoffquellen (Zellulose, Laktose, Sophorose, Glukose und Glycerin) analysiert. Dadurch konnten wir wichtige Gene für die Signalübertragung und spätere Regulation der Zellulase Gene identifizieren. Weiters haben wir die Funktionen der Photorezeptoren und von Komponenten des heterotrimeren G-protein Weges, der für die Übertragung von Nährstoffsignalen wichtig ist, untersucht. Unsere Analysen zeigten eine Verbindung der Lichtsignalübertragung und der Nährstoffsignalübertragung durch gegenseitige Regulation zwischen Photorezeptoren und dem heterotrimeren G-protein Weg. Interessanterweise zeigt sich eine unterschiedliche Regulation von Genen unter induzierenden Bedingungen in Licht und Dunkelheit. Obwohl viele für die Induktion wichtige Gene in Licht UND Dunkelheit angeschaltet werden, gibt es auch Unterschiede. Folglich ist es von zentraler Wichtigkeit für den Pilz auf das Vorhandensein von Cellulose zu reagieren, aber diese Reaktion variiert zwischen Tag und Nacht. Dabei ist nicht nur Licht an sich, sondern auch seine Intensität bedeutend. Die Ergebnisse dieses Projekts haben deutlich gezeigt, dass Pilze in Licht nicht nur Schutzmaßnahmen gegen negative Effekte des Lichts selber ergreifen. Sie passen auch ihren Metabolismus, in unserem Fall den Abbau von Zellulose, an Tag und Nacht an. Da dies bisher nicht bekannt war, ergeben sich durch die Erforschung der Regulationsmechanismen metabolischer Vorgänge in Licht und Dunkelheit interessante neue Perspektiven für die industrielle Anwendung indem man diese Mechanismen sobald sie erforscht sind - ausnutzen könnte um die Effizienz von biotechnologischen Prozessen mit Pilzen zu steigern.