Dokument: Anpassung des humanpathogenen Pilzes Candida albicans an wirtspezifische Umgebungsbedingungen durch den Transkriptionsfaktor Ace2

Titel:	Anpassung des humanpathogenen Pilzes Candida albicans an wirtspezifische Umgebungsbedingungen durch den Transkriptionsfaktor Ace2
Weiterer Titel:	Adaptation of the human fungal pathogen Candida albicans to host specific environmental conditions mediated by the Ace2 transcription factor
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=41160
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20170210-090827-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dr. van Wijlick, Lasse [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 186,53 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 09.02.2017 / geändert 09.02.2017
Beitragende:	Prof. Dr. Joachim Ernst [Gutachter] Prof. Dr. Däubener, Walter [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Die Fähigkeit, sich schnell an die komplexen Umgebungsbedingungen des menschlichen Wirts anzupassen, macht den Pilz Candida albicans zu einem der erfolgreichsten Krankheitserreger. Diese Fähigkeit setzt eine dynamische und intakte Zellwandstruktur des Pilzes voraus. Schäden in den schützenden Glykostrukturen der Zellwand werden vom Sensorprotein Msb2 an den Cek1 MAPK-Signalweg übermittelt, der die Expression von Genen stimuliert, die für Protein-O-Mannosyltransferasen (Pmt-Proteine) kodieren. Pmt-Proteine initiieren die O-Mannosylierung von Zellwandproteinen und sind dadurch essentiell für das Wachstum und die Virulenz von C. albicans. In früheren Arbeiten konnte gezeigt werden, dass der Transkriptionsfaktor Ace2 durch unbekannte Mechanismen zur Regulation von PMT-Genen und der Integrität der Zellwand beiträgt. Die Ergebnisse der genomweiten Bindung von Ace2 weisen darauf hin, dass Ace2 indirekt, über Co-Regulation weiterer Transkriptionsfaktoren, die Transkription von PMT-Genen steuert. Als Repressor des PMT1-Gens wurde der Transkriptionsfaktor Zcf21 identifiziert, dessen Expression unter nicht-gestressten Wachstumsbedingungen durch Ace2 stimuliert wird und bei defekter Protein-N-Glykosylierung reprimiert wird. Zu den neu identifizierten Zielgenen von Ace2 zählen auch die Gene MSB2, CST20, HST7 und CEK1, die für Elemente des Cek1-Signalwegs kodieren und das ACE2-Gen selbst. Transkriptanalysen ergaben, dass ein durch Ace2-Cek1 vermittelter autoregulatorischer Mechanismus zur transkriptionellen Amplifikation des Signalwegs bei defekter N-Glykosylierung beiträgt. Unter diesen Bedingungen wurde eine verstärkte Lokalisation einer Cst20-GFP-Fusion im Zellkern beobachtet, die zur Inhibierung von Ace2 und dessen Zielgenen führt. Bei defekter Glykosylierung lokalisierte auch die zytoplasmatische Domäne des Msb2-Proteins im Zellkern. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass der Transkriptionsfaktor Ace2 stromabwärts des Cek1-MAPK-Signalwegs agiert und gemeinsam mit Cst20 und Msb2 sowohl an einem positiven, als auch einem negativen Rückkopplungsmechanismus des Cek1 MAPK-Signalweges beteiligt ist. Die Anpassung an defekte Glykosylierung wird zudem durch das RNA-Bindeprotein Dom34 unterstützt. Das Dom34 Protein gehört zur konservierten Dom34/Pelota-Proteinfamilie und begünstigt spezifisch die Translation von PMT-Transkripten. Die Spezifität von Dom34 für Transkripte der PMT-Gene wird vermutlich durch ein identifiziertes CAAC-Motiv vermittelt, das in allen 5‘-UTR Sequenzen der PMT-mRNAs vorkommt. Auch bei der Anpassung an hypoxische Umgebungsbedingungen ist der Cek1 MAPK-Signalweg von zentraler Bedeutung. Durch die genomweite Bindeanalyse von Ace2 konnten BCR1, BRG1 und EFG1, die für bekannte normoxische Hyphenregulatoren kodieren, als neue Ace2-Zielgene identifiziert werden. Analysen von Transkriptspiegeln und genomischen Bindestellen ergaben, dass die kodierten vier Transkriptionsfaktoren ein regulatorisches Netzwerk bilden, das unter hypoxischen Bedingungen die Hyphenmorphogenese von C. albicans reguliert. Dabei konnten Efg1 und Bcr1 als Repressoren und Ace2 und Brg1 als Aktivatoren der Hyphenmorphogenese identifiziert werden. Als Ziele des regulatorischen Netzwerkes wurden unter anderem Gene für Elemente des Cek1-Signalwegs und den stromabwärts agierenden Transkriptionsfaktor Cph1 nachgewiesen. Die komplexen regulatorischen Mechanismen weisen darauf hin, dass C. albicans in sauerstoffarmen Körpernischen die Ausbildung von Hyphen durch die Reprimierung des Cek1-Signalwegs unterdrückt, möglicherweise, um Angriffen des Immunsystems zu entgehen und als Kommensale im Wirt zu persistieren. Überraschenderweise konnte unter diesen Wachstumsbedingungen die Bindung von Ace2 und der Kinase Sch9 an die Zentromere aller acht Chromosomen detektiert werden. Die Kinase Sch9 scheint die Segregation von Chromosomen zu unterstützen, während die hypoxische Funktion von Ace2 an den Zentromeren noch aufgeklärt werden muss. Mit diesen Ergebnissen konnte Ace2 als multifunktionales Regulatorprotein identifiziert werden, das essentiell für die Anpassung und das Überleben von C. albicans in wirtspezifischen Umgebungsbedingungen ist. The ability to promptly respond and adapt to complex host environments of the human body enables Candida albicans to become a highly successful pathogen. This ability requires a dynamic and intact cell wall structure of the fungus. Damage of the protecting glyco-structures of the cell wall is sensed by the membrane protein Msb2 and transmitted to the Cek1-MAPK signaling pathway, which stimulates expression of genes encoding protein-O-mannosyltransferases (Pmt-proteins). Pmt-proteins initiate O-mannosylation of cell wall proteins, which is an essential activity for the growth and virulence of C. albicans. Previously it had been shown that the transcription factor Ace2, by unknown mechanisms, contributes to the regulation of PMT-genes and the integrity of the cell wall. Results of the genome-wide binding of Ace2 indicate that Ace2 regulates transcription of PMT-genes indirectly, through co-regulation of additional transcription factors. As a repressor of the PMT1-gene, the Zcf21 transcription factor was identified, whose expression is stimulated by Ace2 under unstressed growth conditions and repressed during defective protein-N-glycosylation. Newly identified Ace2 target genes also included MSB2, CST20, HST7 and CEK1 genes encoding elements of the Cek1 signaling pathway and the ACE2-gene itself. Transcript analyses of these genes revealed that an Ace2-Cek1-mediated auto-regulatory mechanism induces transcriptional amplification of the signaling pathway by defective N glycosylation. Under these conditions, increased nuclear localization of a Cst20-GFP fusion was detected leading to inhibition of Ace2 and its target genes. Moreover, defective N-glycosylation led to nuclear localization of the cytoplasmic domain of the Msb2-protein. The results suggest that the transcription factor Ace2 acts downstream of the Cek1 signaling pathway and mediates, in concern with Cst20 and Msb2, positive as well as negative feedback regulation of Cek1 MAPK signaling pathway. Furthermore, adaptation to defective glycosylation is supported by the RNA binding protein Dom34. The Dom34 protein is a member of the Dom34/Pelota protein family and specifically promotes translation of PMT-transcripts. Specificity of Dom34 for transcripts of PMT-genes is possibly mediated through an identified CAAC-motif, which is present in all 5’-UTR sequences of PMT-mRNAs. The Cek1 MAPK signaling pathway is also of crucial importance for adaption to hypoxic conditions. Exploring genome-wide binding of Ace2 identified BCR1, BRG1 and EFG1, encoding known normoxic hyphal-regulators as novel Ace2 target genes. Analysis of transcript levels and genomic binding sites revealed that the encoded four transcription factors form a regulatory network that controls hyphal morphogenesis of C. albicans under hypoxic conditions. Hereby, Efg1 and Bcr1 were identified as repressors and Ace2 and Brg1 as activators of hyphal morphogenesis. Targets of the identified regulatory network include genes encoding elements of the Cek1 signaling pathway and the downstream acting transcription factor Cph1. The complex regulatory mechanisms occurring under hypoxia suggest that C. albicans actively represses hyphal development in oxygen-poor body niches through repression of Cek1 signaling, presumably in an attempt to avoid immune response and to persist as a commensal in the human host. Surprisingly, under these conditions binding of Ace2 and the kinase Sch9 was detected to centromeres of all eight chromosomes. For the Sch9 kinase, a novel function in chromosome segregation was identified, while the function of Ace2 at the centromeres under hypoxia remains to be elucidated. By these results, Ace2 was identified to be a multifunctional regulator protein, which is essential for adaptation and survival of C. albicans in specific host niches.
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Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	10.02.2017
Dateien geändert am:	10.02.2017
Promotionsantrag am:	02.11.2016
Datum der Promotion:	25.01.2017