Chromatin remodeling studies in primary and secondary metabolism of Aspergillus nidulans

Die hier präsentierte Arbeit beschreibt den Einfluß des Chromatins auf die Genexpression von Genen des Primär- und Sekundärmetabolismus in dem Modell-Schimmelpilz Aspergillus nidulans. Der erste Teil beschäftigt sich mit der Rolle des Chromatins auf die Funktionsweise von Transkriptionsfaktoren, die Verwertung von Nitrat als Stickstoffquelle regulieren. In der Arbeit wurden die individuellen Rollen der beiden Faktoren bei dem Prozess der Chromatinöffnung untersucht und es konnte gezeigt werden, dass AreA durch das Rekrutieren von Chromatin-Azetylierungsenzymen die Hauptrolle bei der Öffnung und damit Zugänglichmachung des Chromatingerüstes spielt. NirA hingegen hat eine Rolle beim Verschieben der einzelnen Untereinheiten des Chromatins, den Nukleosomen. AreA (Azetylierung von Nukleosomen) durch den intrazellulären Spiegel an Glutamin, die damit als Signalaminosäure für den internen Stickstoffhaushalt gewertet werden kann, reguliert wird. Damit konnte die jeweils spezifische Rolle der beiden in Synergie wirkenden Faktoren bei der Öffnung der Chromatinstruktur aufgeklärt werden Der zweite Teil der Arbeit konzentrierte sich auf die Entwicklung einer innovativen Methode zur genomweiten Chromatinstrukturaufklärung. jedoch ist diese Methode sehr kosten- und zeitaufwändiug und daher können zur Zeit damit nur sehr wenige samples gleichzeitig untersucht werden. Damit erweist sich die hier entwickelte Methode, die genomweite Fragmentbibliotheken mit Kapillarsequenz-Analyse verbindet, als wichtige technische Erweiterung der Möglichkeiten zur Chromatinanalyse Die Methode wurde entwickelt, um im pilzlichen Sekundärstoffwechsel den Einfluss der Chromatinstruktur auf die Expression der Gene des ST-Genclusters zu untersuchen. Ein zentraler Regulator, der diesen Code erkennt, ist das HepA Protein und es konnte im Rahmen dieser Arbeit auch gezeigt werden, dass HepA während des Primärmetabolismus, also wenn die ST Gene durch Heterochromatisierung stillgelegt sind, an diesen Genen hoch konzentriert vorliegt wobei für die Bindung ein spezifischer Histon-Code (Histone H3 Tri-Methylierung an Lysin 9, H3K9me3) benötigt wird. Diese Arbeit zeigt zum ersten Mal den molekularen Mechanismus auf, wie der Umstieg von Primär- auf Sekundärmetabolismus in Pilzen erfolgt.The work presented here focused on the influence of chromatin on gene regulation in primary and secondary metabolism of the ascomycete fungus Aspergillus nidulans. The first aim of this work was to differentiate the role of each of the two transcriptional activators (AreA and NirA) in regulating the chromatin status and thus the expression of nitrate assimilatory genes. We found that under nitrogen starved conditions AreA mediates chromatin remodelling through histone H3 acetylation. Upon nitrate induction, NirA is also involved in chromatin remodelling by an unknown mechanism. The second part of this work focused on standardization of a method for chromatin structure analysis. The method generates a condition specific genome wide chromatin library and the region of interest can be amplified by PCR and subjected to automated capillary electrophoresis. The method was used to study the nucleosome positioning at promoters of primary (nitrate assimilation) and secondary (sterigmatocystin biosynthesis) metabolism genes. The final part of this thesis work focussed on studying the role of heterochromatin protein HepA and histone H3 trimethylation in regulating secondary metabolite production in Aspergillus nidulans. It was shwon that a chromatin based mechanism involving heterochromatin protein HepA regulates secondary metabolite production. The results presented in this part of the work supports an epigenetic mechanism involving HepA and histone trimethylation in regulating secondary metabolite production in Aspergillus nidulans.eingereicht von Asjad BasheerZsfassung in dt. SpracheWien, Univ. für Bodenkultur, Diss., 2009OeBB(VLID)193141