Die Analyse neuronaler Krankheiten im Modellorganismus <i>Aspergillus nidulans</i>

Bei neuronalen Krankheiten kann es zu abnormalen Aggregaten von Schlüsselproteinen oder zur Fehlfunktion von Transportvorgängen während der Entwicklung von Nervenzellen kommen. Während die neurodegenerative Krankheit Parkinson viele ältere Menschen betrifft, leiden insbesondere Kinder unter der Krankheit Lissenzephalie Typ 1. Bei der Parkinson Krankheit kann das menschliche Protein α-Synuklein (αSyn) in hohem Maße angereichert sein, was zur Aggregation desselben führt, wogegen bei Lissenzephalie die Neuronenwanderung durch Mutationen im menschlichen Lis1-Gen während der Embryogenese beim Menschen beeinträchtigt ist. Zellen des filamentösen Pilzmodels Aspergillus nidulans wurden verwendet, um sich mit ungelösten Fragen beider Krankheiten zu beschäftigen. Sowohl Wildtyp αSyn als auch im Patienten gefundende mutierte Allele wurden heterolog im Pilz expremiert, haben das Pilzwachstum aber nicht signifikant beeinflusst. Dass den small ubiquitin like modifier SUMO1 kodierende sumO-Gen wurde deletiert, um sich mit der Frage zu beschäftigen, ob SUMO1 die Stabilität oder die Aggregation von αSyn beeinflusst. Die ΔsumO-Mutante (ohne αSyn) zeigte, dass Sumoylierung essentiell für die Produktion von sexuellen Ascosporen und normal großen Fruchtkörpern (Kleistothecien) in A. nidulans ist. Durch die Deletion von sumO wies der Pilz zudem eine fehlende Reaktion auf Licht, eine reduzierte Produktion von asexuellen Sporen (Konidien) sowie veränderte Konidiophorenmorphologie auf. Zusätzlich zeigte der ΔsumO-Stamm eine stärkere Empfindlichkeit gegenüber DNA-schädigenden Agenzien und oxidativem Stress. Nach der heterologen Expression konnte die Sumoylierung von αSynWT in vivo im Pilz gezeigt werden, was bisher nur in vitro gelang. Die Expression von drei Kopien von αSynA30P führte zu einem beträchtlichen Wachstumsrückgang der ΔsumO-Mutante. Fehlende Sumoylierung führt zu geringerer Stabilität des GFP-αSynWT Fusionsproteins und zu Aggregaten von GFP-αSynA53T. Dies lässt vermuten, dass in Zellen des Wildtyp-Pilzes Sumoylierung der Degradation von αSynWT entgegenwirkt und die Bildung von αSynA53T-Aggregaten verhindert. Des Weiteren schützt Sumoylierung den Pilz vor einer durch gesteigerte Mengen an αSynA30P in der ΔsumO-Mutante hervorgerufenen Wachstumsbeeinträchtigung. Mutationen im zum menschlichen Lis1 homologen nudF-Gen von A. nidulans führt zu gestörter Kernwanderung im Pilz. NUDF wird durch NUDC im Rahmen eines bisher nicht völlig verstandenen Mechanismus reguliert. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass NUDC am Zellkortex, im Cytoplasma und an den Spindelpolen in A. nidulans vorhanden ist. Außerdem konnte herausgefunden werden, dass eine Interaktion von NUDC und NUDF durch die WD40-Domäne von NUDF vermittelt wird und im Cytoplasma nahe dem Kortex und an den Spindelpolen stattfindet.Neuronal diseases can include abnormal aggregation of key proteins or the dysfunction of transport processes during the development of nerve cells. Parkinson s disease (PD) is a neurodegenerative disorder affecting numerous elderly people, whereas lissencephaly type 1 especially affects children. In PD, the human protein α-synuclein (αSyn) can be highly enriched resulting in protein aggregates, whereas lissencephaly affects the migration of neurons in human embryogenesis due to defects in the human Lis1 gene. Cells of the filamentous fungal model Aspergillus nidulans were used to address unsolved questions concerning both diseases. Wild type αSyn as well as patient-derived mutant alleles were heterologously expressed in the fungus, but did not affect fungal growth significantly. sumO, the gene for the small ubiquitin like modifier SUMO1, was deleted to address the question whether SUMO1 affects αSyn stability or aggregation. The ΔsumO mutant (without αSyn) revealed that sumoylation is essential for sexual ascospore production and normally sized fruit bodies (cleistothecia) in A. nidulans. Deletion of sumO also resulted in a fungus which is unresponsive to light and exhibits reduced production of asexual spores (conidia) and altered conidiophore morphology. In addition, the ΔsumO strain exhibited higher sensitivity to DNA-damaging agents and oxidative stress. After heterologous expression it could be shown that αSynWT is sumoylated in vivo in the fungus which had been only shown in vitro before. Expression of three copies of the αSynA30P variant significantly reduced growth of the ΔsumO mutant. Without sumoylation, the GFP-αSynWT fusion protein is less stable and GFP-αSynA53T forms aggregates. This suggests that in fungal wild type cells sumoylation counteracts the degradation of αSynWT and prevents the formation of aggregates of αSynA53T. Furthermore, sumoylation protects the fungus from growth impairment caused by higher levels of αSynA30P in the ΔsumO mutant. Mutations of the nudF gene of A. nidulans, which is the homolog of human Lis1, lead to disturbed nuclear distribution in the fungus. NUDF is regulated by NUDC in a yet not fully understood mechanism. In this study it could be shown that NUDC is present at the cell cortex, in the cytoplasm and at spindle pole bodies of A. nidulans. The interaction of NUDC and NUDF was monitored in the cytoplasm near the cortex and at spindle pole bodies and is mediated by the WD40 domain of NUDF