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Antiviral drug target identification using yeast as a model system
Nathalie Landstetter
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Karl Kuchler
DOI
10.25365/thesis.11456
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29552.89341.528260-9
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Pyrrolidine dithiocarbamate (PDTC), ein bekannter Inhibitor der NF-KB-Aktivierung, zeigt sowohl anti-oxidative als auch antivirale Aktivität. Da PDTC gegen verschiedene Virusfamilien wirksam ist, sind vermutlich eher Wirtsfunktionen Ziele des antiviralen Mechanismus. Um seine Wirkungsweise zu analysieren verwenden wir Bäckerhefe als einfaches eukaryontisches Modellsystem und zweierlei Strategien genomweiter Analyse. Genomweite Microarray Expressionsprofile identifizieren mehr als 200 Gene, die aufgrund von PDTC Zugabe differentiell reguliert werden. Interessanterweise ist das Aft1-abhängige Eisenregulon ein Hauptangriffspunkt von PDTC, was auf Eisenmangel deutet. Überdies verursachen der PDTC-induzierte Zinkeinstrom und der damit einhergehende cytoplasmatische Zinküberschuss eine starke Regulierung der zellulären Zinktransporter. Das phänotypische Screening der EUROSCARF Deletionssammlung zeigt, dass vor allem Mutanten in vakuolären Funktionen wie der Ansäuerung der Vakuole, aber auch jene mit Funktionen in Transportprozessen, mitochondrialer Organisation und Translation, sensitiv auf PDTC reagieren. Insbesondere gibt es erhebliche Überschneidungen von Genfunktionen, deren Deletion PDTC-Sensitivität hervorruft, mit jenen, die Resistenz bei Zinküberschuss oder alkalischem pH vermitteln. Bemerkenswerterweise inhibiert PDTC die proteolytische Aktivierung des Transkriptionsfaktors Rim101, die normalerweise als Antwort auf alkalischen pH erfolgt, in zinkabhängiger Weise. Folglich zeigen unsere Daten, dass PDTC cytoplasmatischen Zinkeinstrom induziert, was zur Speicherung des überschüssigen Zinks in der Vakuole führt. Dadurch kommt es zu einer Störung der Eisen-Zink-Homöostase, die wiederum den eisenabhängigen Regulator Aft1 aktiviert. Daher stellt PDTC durch die intrazelluläre Störung des Eisen-Zink-Gleichgewichts eine Verbindung zu anderen zellulären Prozessen wie vakuolären und vesikulären Transportprozessen und pH-Regulierung her. Unsere Arbeit zeigt erstmals eine komplexe Co-Regulation von intrazellulärer Ionenhomöostase und den zugrunde liegenden regulatorischen genetischen Netzwerken in Hefe auf.
Abstract
(Englisch)
Pyrrolidine dithiocarbamate (PDTC), a known inhibitor of NF-KB-activation, has anti-oxidative as well as antiviral activities. PDTC is effective against several virus families, indicating that its antiviral mechanism targets host rather than viral functions. To investigate its mode of action, we use baker’s yeast as a simple eukaryotic model system and two types of genome-wide analysis. First, expression profiling using whole-genome DNA microarrays identifies more than 200 genes differentially regulated upon PDTC exposure. Interestingly, the Aft1-dependent iron regulon is a main target of PDTC, indicating a lack of iron availability. Additionally, the PDTC-caused zinc influx triggers a strong regulation of zinc transporters due to cytoplasmic zinc excess. Second, phenotypic screening the EUROSCARF collection of non-essential deletion mutants for PDTC hypersensitivity identifies numerous mutants implicated in vacuolar maintenance, acidification, as well as in transport, trafficking, mitochondrial organization and translation. Notably, the screening data indicate significant overlaps of genes whose deletions cause PDTC-sensitivity and those mediating zinc, as well as alkaline pH tolerance. Strikingly, PDTC inhibits the proteolytic activation of the alkaline pH-responsive transcription factor Rim101 in a zinc-dependent manner. Hence, our data show that PDTC-induced cytoplasmic zinc excess triggers vacuolar detoxification, which in turn disturbs iron homeostasis and activates the iron-dependent regulator Aft1. Consequently, PDTC links intracellular disturbance of iron and zinc homeostasis to other cellular processes, including vacuolar and vesicular transport, as well as pH regulation. Our work reveals for the first time a complex cross-talk between yeast ion homeostasis and the underlying genetic regulatory networks.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
iron regulon ion homeostasis microarray screening
Schlagwörter
(Deutsch)
Eisenregulon Ionenhomöostase Microarray Screening
Autor*innen
Nathalie Landstetter
Haupttitel (Englisch)
Antiviral drug target identification using yeast as a model system
Paralleltitel (Deutsch)
Identifizierung von Wirkungsweisen einer antiviralen Substanz im Modellsystem Bäckerhefe
Paralleltitel (Englisch)
Antiviral drug target identification using yeast as a model system
Publikationsjahr
2010
Umfangsangabe
155 S.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Karl Kuchler
Klassifikationen
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie ,
42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie
AC Nummer
AC08445163
Utheses ID
10339
Studienkennzahl
UA | 091 | 441 | |