Title (eng)
Studying effectors from Ustilago maydis - interaction networks and screening for UPR interference
Author
André Melão Alcântara
Advisor
Armin Djamei
Assessor
Andreas Bachmair
Assessor
Jörg Kämper
Abstract (deu)
Krankheitserreger sezernieren kleine Moleküle, sogenannte Effektoren, um ihre Wirte zu manipulieren. Es besteht ein enormer koevolutionärer Druck auf die schnelle Anpassung pathogener Effektome, was zu einer niedrigen Homologie der Effektorproteine führt, selbst bei eng verwandten Arten. Daher haben Werkzeuge, die allgemein in der Biologie verwendet werden, um die Proteinfunktion abzuleiten, wie z.B. die Vorhersage funktioneller Domänen, nur begrenzten Einsatz in Effektorstudien. In dieser Arbeit wurden weitere übergreifende Merkmale der Effektorbiologie untersucht. Diese sind: die Fähigkeit von Effektoren, miteinander zu interagieren, um möglicherweise die Vielseitigkeit des Effektoms zu erhöhen, und die Entwicklung eines Verfahrens zur Identifizierung von Molekülen, die die ungefaltete Proteinreaktion (UPR) der Pflanze stören. Komplexe Proteininteraktionsnetzwerke sind Grundlage des effizienten Immunsystems der Pflanzenum die Immunantworten zu koordinieren und eindringende Krankheitserreger wahrnehmen und Signalkaskaden aktivieren zu können. Die Effektorforschung konzentriert sich jedoch hauptsächlich auf die Charakterisierung dieser Moleküle in der Isolierung. In dieser Arbeit wurde die Möglichkeit der Interaktion von Effektoren mit anderen Effektoren getestet. Ein systematischer Hefe-Zwei-Hybrid (Y2H)-Screen zeigte eine unerwartete Fülle von Effektor-Effektor-Interaktionen, zumindest innerhalb des Effektoms von Ustilago maydis. Nachdem analysiert wurde, wie sich das Interaktionsnetzwerk durch den Infektionsprozess verändern kann, wurden einige evolutionäre Treiber diskutiert, die die Effektor-Effektor-Interaktionen stabilisieren können. Ein weiterer Aspekt der hier untersuchten Effektorbiologie war die zentrale Rolle der pflanzlichen Proteinsekretion als Teil der Immunabwehr. Während der pathogenen Invasion überlasten steigende Proteinsekretion die faltende Maschinenfabrik aus dem sekretorischen Weg. Dies aktiviert die UPR, was wiederum zur effizienten Faltung im endoplasmatischen Retikulumn und effizienter Proteinsekretion führt die mit der Wirtsabwehr zusammenhängen, was wiederum diesen Mechanismus zu einem primären Ziel für pathogene Effektoren macht. Um dies zu untersuchen, wurde eine Hochdurchsatzmethode zur Identifizierung von Proteinen mit einer Rolle in der pflanzlichen UPR entwickelt. Ein Testexperiment mit 35 mutmaßlichen Effektoren von U. maydis führte zur Identifizierung und Validierung eines Proteins, UMAG_05927, welches die UPR in planta beeinträchtigt.
Abstract (eng)
Pathogens secrete small molecules, termed effectors, to manipulate their hosts. There is enormous co-evolutionary pressure for rapid adaptation of pathogenic effectomes, which results in low homology of effector proteins, even among closely related species. Therefore, tools generally used in biology to infer protein function, such as functional domain prediction, have limited use in effector studies. In this thesis, some overarching features of effector biology were investigated. These are: the ability of effectors to interact with each other to increase the versatility of the effectome, and the development of a method to identify molecules that interfere with plant Unfolded Protein Response (UPR). Plants rely on intricate interaction networks that perceive invading pathogens and activate signaling cascades to coordinate immune responses. Effectors have evolved alongside plant immune systems, yet most effector research focuses on the characterization of these molecules in isolation. In this work, the possibility of effectors to interact with other effectors was tested. A systematic yeast-two-hybrid (Y2H) screen showed an unexpected abundance in effector-effector interactions within the effectome of Ustilago maydis, a model biotrophic pathogen. After analyzing how the interaction network can change through the infection process, a few evolutionary drivers that may stabilize effector-effector interactions were discussed. Another aspect of effector biology studied here involved the central role of protein secretion in disease. During a pathogenic invasion, plants rapidly synthesize defense-related proteins that can overload the folding machinery from the secretory pathway. This activates UPR, which in turn leads to the upregulation of host defense-related genes, making this mechanism a prime target for pathogenic effectors. To investigate that, a high-throughput method to identify proteins with a role in plant UPR was developed. A pilot screen of 35 putative effectors from U. maydis led to the identification and validation of one protein, UMAG_05927, which reduces UPR signaling in planta.
Keywords (eng)
Plant PathologyMolecular BiologyHigh-throughputeffectors
Keywords (deu)
PflanzenpathologieMolekularbiologieHochdurchsatzEffektoren
Subject (deu)
Molekularbiologie
Type (deu)
Dissertation
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1362544
DOI
10.25365/thesis.69406
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30920.15285.815666-5
URI
https://utheses.univie.ac.at/detail/53715
Extent (deu)
X, 114 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Number of pages
126
Study plan
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium NAWI Bereich Lebenswissenschaften (Dissertationsgebiet: Molekulare Biologie)
[UA]
[794]
[685]
[490]
Association (deu)
Fakultät für Lebenswissenschaften
Members (1)
Title (eng)
Studying effectors from Ustilago maydis - interaction networks and screening for UPR interference
Author
André Melão Alcântara
Abstract (deu)
Krankheitserreger sezernieren kleine Moleküle, sogenannte Effektoren, um ihre Wirte zu manipulieren. Es besteht ein enormer koevolutionärer Druck auf die schnelle Anpassung pathogener Effektome, was zu einer niedrigen Homologie der Effektorproteine führt, selbst bei eng verwandten Arten. Daher haben Werkzeuge, die allgemein in der Biologie verwendet werden, um die Proteinfunktion abzuleiten, wie z.B. die Vorhersage funktioneller Domänen, nur begrenzten Einsatz in Effektorstudien. In dieser Arbeit wurden weitere übergreifende Merkmale der Effektorbiologie untersucht. Diese sind: die Fähigkeit von Effektoren, miteinander zu interagieren, um möglicherweise die Vielseitigkeit des Effektoms zu erhöhen, und die Entwicklung eines Verfahrens zur Identifizierung von Molekülen, die die ungefaltete Proteinreaktion (UPR) der Pflanze stören. Komplexe Proteininteraktionsnetzwerke sind Grundlage des effizienten Immunsystems der Pflanzenum die Immunantworten zu koordinieren und eindringende Krankheitserreger wahrnehmen und Signalkaskaden aktivieren zu können. Die Effektorforschung konzentriert sich jedoch hauptsächlich auf die Charakterisierung dieser Moleküle in der Isolierung. In dieser Arbeit wurde die Möglichkeit der Interaktion von Effektoren mit anderen Effektoren getestet. Ein systematischer Hefe-Zwei-Hybrid (Y2H)-Screen zeigte eine unerwartete Fülle von Effektor-Effektor-Interaktionen, zumindest innerhalb des Effektoms von Ustilago maydis. Nachdem analysiert wurde, wie sich das Interaktionsnetzwerk durch den Infektionsprozess verändern kann, wurden einige evolutionäre Treiber diskutiert, die die Effektor-Effektor-Interaktionen stabilisieren können. Ein weiterer Aspekt der hier untersuchten Effektorbiologie war die zentrale Rolle der pflanzlichen Proteinsekretion als Teil der Immunabwehr. Während der pathogenen Invasion überlasten steigende Proteinsekretion die faltende Maschinenfabrik aus dem sekretorischen Weg. Dies aktiviert die UPR, was wiederum zur effizienten Faltung im endoplasmatischen Retikulumn und effizienter Proteinsekretion führt die mit der Wirtsabwehr zusammenhängen, was wiederum diesen Mechanismus zu einem primären Ziel für pathogene Effektoren macht. Um dies zu untersuchen, wurde eine Hochdurchsatzmethode zur Identifizierung von Proteinen mit einer Rolle in der pflanzlichen UPR entwickelt. Ein Testexperiment mit 35 mutmaßlichen Effektoren von U. maydis führte zur Identifizierung und Validierung eines Proteins, UMAG_05927, welches die UPR in planta beeinträchtigt.
Abstract (eng)
Pathogens secrete small molecules, termed effectors, to manipulate their hosts. There is enormous co-evolutionary pressure for rapid adaptation of pathogenic effectomes, which results in low homology of effector proteins, even among closely related species. Therefore, tools generally used in biology to infer protein function, such as functional domain prediction, have limited use in effector studies. In this thesis, some overarching features of effector biology were investigated. These are: the ability of effectors to interact with each other to increase the versatility of the effectome, and the development of a method to identify molecules that interfere with plant Unfolded Protein Response (UPR). Plants rely on intricate interaction networks that perceive invading pathogens and activate signaling cascades to coordinate immune responses. Effectors have evolved alongside plant immune systems, yet most effector research focuses on the characterization of these molecules in isolation. In this work, the possibility of effectors to interact with other effectors was tested. A systematic yeast-two-hybrid (Y2H) screen showed an unexpected abundance in effector-effector interactions within the effectome of Ustilago maydis, a model biotrophic pathogen. After analyzing how the interaction network can change through the infection process, a few evolutionary drivers that may stabilize effector-effector interactions were discussed. Another aspect of effector biology studied here involved the central role of protein secretion in disease. During a pathogenic invasion, plants rapidly synthesize defense-related proteins that can overload the folding machinery from the secretory pathway. This activates UPR, which in turn leads to the upregulation of host defense-related genes, making this mechanism a prime target for pathogenic effectors. To investigate that, a high-throughput method to identify proteins with a role in plant UPR was developed. A pilot screen of 35 putative effectors from U. maydis led to the identification and validation of one protein, UMAG_05927, which reduces UPR signaling in planta.
Keywords (eng)
Plant PathologyMolecular BiologyHigh-throughputeffectors
Keywords (deu)
PflanzenpathologieMolekularbiologieHochdurchsatzEffektoren
Subject (deu)
Molekularbiologie
Type (deu)
Dissertation
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1362545
Number of pages
126
Association (deu)
Fakultät für Lebenswissenschaften
License
All rights reserved
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