Identifizierung und funktionelle Charakterisierung von Stressresistenzmechanismen in Aspergillus fumigatus mit Bedeutung für das Überleben des Pilzes bei Kontakt mit neutrophilen Granulozyten.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der opportunistisch-pathogene Schimmelpilz Aspergillus fumigatus stellt eine erhebliche Gefahr für immunsupprimierte Patienten dar, insbesondere für solche mit eingeschränkter Funktion neutrophiler Granulozyten. Ziel des Projekts war die Identifikation und Charakterisierung von Faktoren, die das Überleben von A. fumigatus bei Kontakt mit menschlichen Granulozyten beeinflussen. Unsere Untersuchungen zeigten, dass Granulozyten den Zellwandintegritätsweg von A. fumigatus aktivieren. Der Zellwandstresssensor MidA und die Rho-GTPase Rho2 spielen eine entscheidende Rolle für das Überleben von A. fumigatus-Hyphen bei Kontakt mit Granulozyten. Wir konnten beobachten, dass eine Überexpression von Rho2 zu erhöhter Resistenz und veränderter Zellwandstruktur führt, jedoch auch zu reduziertem Wachstum des Pilzes. Eine kontinuierliche Aktivierung von Rho2 führt zu zunehmenden Zellwandstress und zu Zellwandveränderungen mit exzessiver Akkumulation von Chitin und ist auf Dauer für den Pilz tödlich. Azol-Antimykotika lösen ähnliche Veränderungen in der Zellwand aus. Aus diesem Grund wurde ein möglicher Zusammenhang der Rho2- und Azol-bedingten Zellwandveränderungen untersucht. Hierbei konnte unter anderem gezeigt werden, dass die Azol-bedingten Zellwandveränderungen unabhängig von Rho2 gebildet werden. Zugleich konnte nicht ausgeschlossen werden, dass in beiden Fällen der gleiche Mechanismus den Zellwandveränderungen zugrunde liegt. Zudem konnte gezeigt werden, dass eine Azolbehandlung der Hyphen zur Akkumulation des Ergosterol-Intermediates Eburicol führt, das zur Bildung der Zellwandveränderungen beiträgt. Weitere Untersuchungen konzentrierten sich auf das Peroxiredoxin Asp f3, das als wichtiger Virulenzfaktor und Fänger reaktiver Sauerstoffspezies identifiziert wurde. Trotz erhöhter Empfindlichkeit gegenüber Wasserstoffperoxid führt eine reduzierte Asp f3-Expression zu keiner erhöhten Empfindlichkeit gegenüber Granulozyten. Stattdessen konnte ein Wachstumsdefekt unter Eisenmangel bei reduzierter Asp f3-Expression nachgewiesen werden. Die Ergebnisse dieses Projekts zeigen, wie wichtig die Reaktion auf Zellwandstress für das Überleben von A. fumigatus ist, wenn menschliche Granulozyten diesen angreifen, und verdeutlichen die Rolle der Rho-GTPase Rho2 für die Hochregulierung der Zellwandbiosynthese, die dem Pilz das Überleben unter diesen Stressbedingungen ermöglicht. Darüber hinaus haben wir eine unerwartete Rolle des Peroxiredoxins Asp f3 für die Virulenz von A. fumigatus aufgedeckt und die Mechanismen, die zu Zellwandveränderungen in A. fumigatus bei Behandlung mit Azol-Antimykotika führen, weiter untersucht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Peroxiredoxin Asp f3 Is Essential for Aspergillus fumigatus To Overcome Iron Limitation during Infection. mBio, 12(4).
Brantl, Victor; Boysen, Jana M.; Yap, Annie; Golubtsov, Evgeny; Ruf, Dominik; Heinekamp, Thorsten; Straßburger, Maria; Dichtl, Karl; Haas, Hubertus; Hillmann, Falk & Wagener, Johannes
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Only One of Three Bcs1 Homologs in Aspergillus fumigatus Confers Respiratory Growth. Journal of Fungi, 9(11), 1074.
Klugherz, Isabel; Basch, Marion; Ng, Natanya; Zhu, Zhaojun; Wagener, Nikola & Wagener, Johannes
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Quantifying Isoprenoids in the Ergosterol Biosynthesis by Gas Chromatography–Mass Spectrometry. Journal of Fungi, 9(7), 768.
Liebl, Maximilian; Huber, Ludwig; Elsaman, Hesham; Merschak, Petra; Wagener, Johannes; Gsaller, Fabio & Müller, Christoph
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Toxic eburicol accumulation drives the antifungal activity of azoles against Aspergillus fumigatus. Nature Communications, 15(1).
Elsaman, Hesham; Golubtsov, Evgeny; Brazil, Sean; Ng, Natanya; Klugherz, Isabel; Martin, Ronny; Dichtl, Karl; Müller, Christoph & Wagener, Johannes
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Rho2 regulates granulocyte-triggered stress adaptation and cell wall remodeling in Aspergillus fumigatus. openRxiv.
Ruf, Dominik; Striegler, Kristina; Brazil, Sean; Elsaman, Hesham; Singh, Kalpana; Lepas, Mathieu; Fernando, Liyanage D.; Brantl, Victor; Heß, Patricia; Dichtl, Karl; Aimanianda, Vishukumar; Wang, Tuo & Wagener, Johannes
