CO2 Adaptation in Candida glabrata und ihre Rolle in der Pathogen Wirt Interaktion
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Pilze müssen sich im während ihres Lebens- und Infektionszyklus mit veränderlichen CO2-Bedingungen auseinandersetzen. Diese reichen von 0,04% in der Luft bis zu 5% und mehr, beispielsweise im menschlichen Organismus oder spezifischen Nischen wie Biofilmen. Durch Umwandlung in Bikarbonat kann CO2 in der Zelle fixiert werden, wodurch auch unter niedrigen CO2-Bedingungen wie Luft alle wichtigen Stoffwechselprozesse aufrechterhalten werden können. Dieser Prozess wird durch Carboanhydrasen katalysiert. Daher sind Carboanhydrasen essentiell für das Wachstum und Überleben von Pilzen unter Luft- Bedingungen. Die Regulation erfolgt in S. cerevisiae CO2-abhängig durch den Transkriptionsfaktor Cst6, in C. albicans und C. glabrata durch dessen Homolog Rca1. Cst6-übergeordnete Regulatoren waren bisher unbekannt. Innerhalb des Projektes wurde Sch9 als Cst6/Rca1-spezifische Kinase identifiziert und übergeordnete Regulationsmechanismen aufgeklärt. Unter hohen CO2-Bedingungen wird die Expression der Carboanhydrase durch Sch9-vermittelte Phosphorylierung des Transkriptionsfaktors Cst6 an Position S266 gehemmt. Im Gegensatz dazu erfolgt unter niedrigen CO2-Bedingungen eine Induktion der Carboanhydrase, wodurch verbliebenes CO2 fixiert werden kann. Die Aktivität von Sch9 wiederum wird durch Phosphorylierung durch den Regulator Pkh1/2 vermittelt. Überraschenderweise hat die Phosphorylierung durch TORC1 keinen unmittelbaren Einfluss auf die Sch9-vermittelte NCE103 Regulation und die damit verbundene CO2-Adaptation. Die mithilfe von RNA-Seq-Daten überarbeitete Annotation des C. glabrata Genoms offenbarte, dass die in S. cerevisiae identifizierten Cst6-Regulatoren Homologe in C. glabrata besitzen. Dadurch wurde gezeigt, dass die identifizierte Sch9/Cst6-Signalkaskade hochkonserviert ist. Tatsächlich konnte die Sch9-Funktion hinsichtlich der Carboanhydrase- Regulation auf C. glabrata und auch C. albicans übertragen werden. Die CO2-Adaptation über Carboanhydrasen ist ein zentraler Prozess, der neben der CO2-Homöostase auch eine Vielzahl weiterer Zellfunktionen wie Regulation des pH-Wertes, Membrantransport von Metaboliten, Biofilmbildung, Zellatmung und biosynthetische Reaktionen steuert und beeinflusst. Daher stellen die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse einen signifikanten Beitrag zum Grundverständnis der CO2-Adaptation in Hefepilzen dar und eröffnen neue Möglichkeiten und Ziele zur gezielten therapeutischen Behandlung von Pilzerkrankungen. Die Re-Annotation des C. glabrata Genoms bietet völlig neue Optionen für die Untersuchung von Interaktionen zwischen Wirt und C. glabrata und ist darüber hinaus Grundvoraussetzung für Evolutionsstudien zu Virulenzmerkmalen in pathogenen Hefen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2017) Lipid Signaling via Pkh1/2 Regulates Fungal CO2 Sensing through the Kinase Sch9. mBio 8 (1)
Pohlers, Susann; Martin, Ronny; Krüger, Thomas; Hellwig, Daniela; Hänel, Frank; Kniemeyer, Olaf; Saluz, Hans Peter; van Dijck, Patrick; Ernst, Joachim F.; Brakhage, Axel; Mühlschlegel, Fritz A.; Kurzai, Oliver
(Siehe online unter https://doi.org/10.1128/mBio.02211-16) - Defining the transcriptomic landscape of Candida glabrata by RNA-Seq. Nucleic Acids Res. 2015 Feb 18;43:1392-406
Linde J, Duggan S, Weber M, Horn F, Sieber P, Hellwig D, Riege K, Marz M, Martin R, Guthke R, Kurzai O
(Siehe online unter https://doi.org/10.1093/nar/gku1357) - Host response to Candida albicans bloodstream infection and sepsis. Virulence. 2015;6(4):316-26
Duggan S, Leonhardt I, Hünniger K, Kurzai O
(Siehe online unter https://doi.org/10.4161/21505594.2014.988096)
