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Dissecting kinase networks in the hyperosmotic stress response in yeast using quantitative mass spectrometry-based and bioinformatical approaches

Marion Franziska Janschitz

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Zentrum für Molekulare Biologie

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Masterstudium Molekulare Biologie

Betreuer*in

Gustav Ammerer

Mitbetreuer*in

Wolfgang Ludwig Reiter

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DOI

10.25365/thesis.51778

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-20550.85760.811953-1

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Zellen verarbeiten Stresssignale ihrer Umwelt mit intrazellulären Signalübertragungsystemen, die oft post-translationelle Modifizierungen beinhalten. Der „High osmolarity glycerol“- Signaltransduktionsweg (HOG-pathway) in Saccharomyces cerevisiae ist ein Vorzeigebeispiel für Mitogen-aktivierte Proteinkinasen (MAPK) und Stresssignalübertragung. Sein zentraler Schlüsselregulator ist die MAPK Hog1, welche bei erhöhter externer Osmolarität aktiviert wird und ein Homolog der stress-aktivierten Proteinkinase (SAPK) p38 in Säugetieren ist. Die Hog1-abhängige hyperosmotische Stressantwort inkludiert nicht nur transkriptionelle Regulation, sondern beeinflusst auch globale Phosphorylierungsmuster und kontrolliert dadurch diverse zelluläre Prozesse (z.B. Kohlenstoffmetabolismus, Zellzyklusregulation, Osmolytenkonzentration). Die Suche nach Hog1-Substraten ist nach wie vor nicht vollständig, obwohl dieser Signaltransduktionsweg bereits seit über 20 Jahren ausführlich untersucht wird. Diese Arbeit ist Teil eines Projekts, das zur umfassenden Identifikation von Hog1-Substraten entwickelt wurde. Meine Masterarbeit beschreibt den Einfluss zweier Kinasen auf das stress- und Hog1-abhängige Phosphorylom. Erstens konnte ich mögliche Signalüberlagerungseffekte auf das stressabhängige Phosphorylierungsmuster ausgehend von der MAPK Kss1, dem Zentralregulator filamentösen Wachstums, weitestgehend ausschließen. Zweitens untersuchte ich das Ausmaß indirekter Regulation Hog1-abhängiger Phosphorylierungsstellen durch das etablierte Hog1-Substrat Rck2, eine Calmodulinkinase-ähnliche MAPK-aktivierte Proteinkinase (MAPKAPK). Als eines meiner Schlüsselergebnisse identifizierte ich Rck2 als hauptsächliche, Hog1-nachgeschaltete Effektorkinase. Drittens integrierte und verglich ich zwei üblicherweise zur Auswertung massenspektrometrischer Rohdaten verwendete Computerprogramme, namentlich MaxQuant und Proteome Discoverer, welche jeweils unterschiedliche Identifizierungs- und Quantifizierungsalgorithmen anwenden. Dadurch war ich in der Lage, die Vollständigkeit des Datensatzes weiter zu erhöhen.

Abstract

(Englisch)

Living cells interpret and react to physicochemical stress signals using intracellular signal transduction systems, often involving post-translational modifications (PTMs) mediated by complex kinase-phosphatase networks. The high osmolarity glycerol (HOG) pathway in Saccharomyces cerevisiae is a paradigm for mitogen-activated protein kinase (MAPK) and stress signalling. Its central key regulator is the MAPK Hog1, a homolog of the mammalian stress-activated protein kinase (SAPK) p38, which becomes activated upon increased external osmolarity. The Hog1-dependent hyperosmotic stress response not only includes transcriptional regulation, but also affects the global phosphorylation pattern and thereby controls diverse cellular processes, such as carbon metabolism, cell cycle regulation and the increase of the intracellular concentration of small osmolytes. However, although this pathway has been studied thoroughly for more than 20 years in regard to its purpose and function, the search for Hog1 substrates is not complete. This work is part of a project designed to comprehensively identify substrates of Hog1. In detail, my thesis describes the impact of two kinases on the stress- and Hog1-dependent phosphorylome. First, I could widely exclude crosstalk effects of MAPK Kss1, the central regulator of the filamentous growth pathway, on the stress-responsive phosphorylation pattern. Secondly, I investigated the extent of indirect regulation of Hog1-dependent phosphorylation sites via the well-established Hog1 target Rck2, a calmodulin kinase (CaMK)-like MAPK- activated protein kinase (MAPKAPK). As a key finding I identified Rck2 as a major effector kinase downstream of Hog1. Finally, I integrated and compared the results obtained by two commonly used mass spectrometry (MS) data analysis softwares, namely MaxQuant and Proteome Discoverer, that apply differing identification and quantification algorithms. With this approach, I was able to enhance the comprehensiveness of our data even further.

Autor*innen

Marion Franziska Janschitz

Haupttitel (Englisch)

Dissecting kinase networks in the hyperosmotic stress response in yeast using quantitative mass spectrometry-based and bioinformatical approaches

Paralleltitel (Deutsch)

Analyse von Kinase-Netzwerken der hyperosmotischen Stressantwort in Hefe mittels massenspektrometrischer und bioinformatischer Ansätze

Publikationsjahr

2018

Umfangsangabe

109 Seiten : Illustrationen, Diagramme

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Gustav Ammerer

Klassifikation

42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie

AC Nummer

AC15043597

Utheses ID

45738

Studienkennzahl

UA | 066 | 834 | |

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