Dokument: Hypoxische Adaptation des humanpathogenen Pilzes Candida albicans

Titel:	Hypoxische Adaptation des humanpathogenen Pilzes Candida albicans
Weiterer Titel:	Hypoxic adaptation of the human fungal pathogen Candida albicans
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=13775
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20100112-100417-9
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Stichternoth, Catrin [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 3,07 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 11.01.2010 / geändert 11.01.2010
Beitragende:	Prof. Dr. Ernst, Joachim F. [Gutachter] Prof. Dr. Freudl [Gutachter]
Stichwörter:	Hypoxie, Biofilm, Efg1, Sch9
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Candida albicans ist ein humanpathogener Pilz, der oberflächliche, aber auch systemische Mykosen hervorrufen kann. Dabei besiedelt der Pilz normoxische Bereiche wie die Haut, aber auch hypoxische Nischen, wie innere Organe. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Beteiligung des Transkriptionsfaktors Efg1 und der Kinase Sch9 an der hypoxischen Adaptation von C. albicans untersucht. Das Efg1-Protein ist als Teil des Proteinkinase A-Signalweges ein zentraler Regulator der Morphogenese und des Metabolismus von C. albicans. Efg1 hat eine bivalente Funktion, da es unter normoxischen Bedingungen die Hyphenbildung induziert, während es diese unter hypoxischen Bedingungen reprimiert. In vorigen Transkriptomanalysen wurde bereits gezeigt, dass Efg1 eine Vielzahl von Genen direkt oder indirekt reguliert. In dieser Arbeit wurden durch eine transkriptomale Kurzzeitkinetik im Anschluss an die EFG1-Expression mit dem "tet-on"-System die direkten oder frühen Zielgene von Efg1 ermittelt. Dabei zeigte sich, dass bei Normoxie die Expression der Gene für Zellwandproteine (z. B. HWP1, ECE1) und für reduzierend wirkende Enzyme (z. B. SOD22) unmittelbar durch Efg1 induziert wurden. Unter hypoxischen Bedingungen wurden überraschend vor allem solche Gengruppen durch Efg1 positiv reguliert, von denen bekannt ist, dass sie bei der Biofilmbildung von C. albicans induziert werden. Zu diesen Gengruppen zählen Gene der Glykolyse, des Schwefelmetabolismus, der Eisenaufnahme, sowie Gene mit peroxisomaler Funktion. Efg1 ist somit ein positiver Regulator der Biofilmbildung, bei der vermutlich auch bei Normoxie hypoxische Bereiche entstehen. Die Fähigkeit von C. albicans, auch unter hypoxischen Bedingungen Biofilme zu bilden und dafür benötigte Proteine wurden in einem Mikrotiterplatten-Biofilmsystem untersucht. Hierbei wurde festgestellt, dass einige der untersuchten Komponenten, die bei Normoxie notwendig sind, unter hypoxischen Bedingungen für die Biofilmbildung entbehrlich sind, wie z. B. Ace2, während andere Proteine, wie Och1, bei Hypoxie die Biofilmbildung inhibieren. Andere Proteine einschließlich Efg1 und Flo8 waren unter allen Bedingungen für die Biofilmbildung erforderlich oder wurden in Abhängigkeit von dem Kohlendioxidgehalt benötigt. Diese Ergebnisse zeigen, dass Gasbedingungen einen signifikanten Einfluss auf die Regulation bzw. Bildung eines C. albicans-Biofilms haben. Versuche zur Sch9 Kinase zeigten, dass dieses Protein nicht nur durch Sauerstoffmangel, sondern auch durch den Kohlendioxidgehalt den Phänotyp von C. albicans kontrolliert. Eine sch9-Mutante bildete bei Hypoxie keine Hyphen, während bei Hypoxie und einer hohen Kohlendioxidkonzentration ein starkes hyperfilamentöses Wachstum beobachtet wurde. Transkriptomanalysen zeigten, dass Sch9 bei Normoxie den Transkriptspiegel von Genen für Zellwand- oder Membrankomponenten und den Hexosetransport erniedrigt, während es Gene für den Glukosemetabolismus induziert. Unter hypoxischen Bedingungen dagegen reprimiert Sch9 Gene für Translationskomponenten, während es Gene für die zelluläre Stressantwort induziert. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass Morphologie und Genexpression bei C. albicans unter Hypoxie anders als bei Normoxie reguliert werden. Möglicherweise unterdrückt C. albicans bei Hypoxie die Hyphenbildung in bestimmten Wirtsnischen, um als Hefe zu proliferieren oder als kommensale Hefe dem Immunangriff zu entgehen. Candida albicans is a pathogenic fungus that can cause superficial, but also systemic infections. The fungus colonizes normoxic areas like the skin, but also hypoxic niches, like internal organs. In this work the involvement of the transcription factor Efg1 and the Sch9 kinase in the hypoxic adaptation of C. albicans was investigated. The Efg1 protein is part of the protein kinase A signaling pathway functioning as a central regulator of morphogenesis and metabolism. Efg1 has a bivalent function because it induces hypha formation during normoxia, while it represses hypha formation under hypoxic conditions. Previous transcriptome analyses have already revealed that Efg1 is a direct or indirect regulator of a variety of genes. In this work early Efg1-regulated genes were determined by a short-term transcriptomal kinetic analysis subsequent to EFG1 expression by the "tet-on” system. The results showed that in normoxia the expression of genes for cell wall proteins (e.g. HWP1, ECE1) and of enzymes that have a reducing effect (e.g. SOD22) were induced rapidly by Efg1. Under hypoxic conditions, however, mainly genes known to become induced during biofilm formation of C. albicans were upregulated by Efg1. The respective groups of genes include genes involved in glycolysis, sulfur metabolism, iron uptake, as well as genes with peroxisomal function. Therefore, Efg1 is a positive regulator of biofilm formation, which appears to contain hypoxic areas, even during normoxic growth. The ability of C. albicans to form a biofilm even under hypoxic conditions and the regulatory proteins involved were examined in a microtiter plate system of biofilm formation. It was found that several of the components that are needed for biofilm formation under normoxia are dispensable under hypoxic conditions including Ace2, while other proteins, such Och1, inhibit biofilm formation under hypoxia. Yet other proteins including Efg1 and Flo8, were required under all conditions for biofilm formation or were required depending on the carbon dioxide concentration. These results show that gas conditions have a significant influence on the regulation and formation of biofilms in C. albicans. It was also shown that the phenotype of C. albicans is controlled by the Sch9 kinase not only by the lack of oxygen, but also by levels of carbon dioxide. A sch9 mutant was not able to form hyphae under hypoxic conditions, while during hypoxia and high carbon dioxide concentrations, a strong hyperfilamentous phenotype was observed. Transcriptome analyses revealed that Sch9 in normoxia lowered the transcription level of genes for cell wall or membrane components and the transport of sugars, while it induced genes for glucose metabolism. Under hypoxic conditions, however, Sch9 repressed genes for translational components, while it induced genes for the cellular stress response. These results indicate that morphology and gene expression in C. albicans are differently regulated during normoxia and hypoxia. Conceptionally C. albicans suppresses filamentation under hypoxia in certain host niches in order to proliferate in the yeast form, or to evade the immune attack as a commensal yeast.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Mikrobiologie
Dokument erstellt am:	12.01.2010
Dateien geändert am:	11.01.2010
Promotionsantrag am:	26.10.2009
Datum der Promotion:	11.12.2009