Detailansicht
The role of histone deposition pathways in "Candida albicans" stress resistance and virulence
Michael Tscherner
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Karl Kuchler
DOI
10.25365/thesis.32725
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29395.95135.788666-0
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Der opportunistische humanpathogene Pilz Candida albicans ist die Hauptursache für Candida Infektionen. Candida spp. können Krankheiten auslösen, die von mukokutanen bis hin zu lebensbedrohenden systemischen Infektionen in immunsupprimierten Patienten reichen. Während des Infektionsprozesses ist C. albicans diversen Stressbedingungen, wie reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) produziert von Zellen des angeborenen Immunsystems (z.B. Neutrophilen), ausgesetzt, welche die Aufgabe haben Pathogene zu töten. Darüber hinaus bewirken antifungale Wirkstoffe auch Stress beim Pathogen. Zwei Mechanismen sind essenziell für das Überleben von C. albicans unter diesen Bedingungen: Der Pilz muß geschädigte Zellkomponenten effizient reparieren und sein transkriptionelles Programm schnell ändern können. Mit beiden Mechanismen verbunden sind Änderungen in der Chromtinstruktur. Für eine effiziente Reparatur von DNA Schäden ist die Entfernung und der Wiedereinbau von Histonen notwendig. Auch transkriptionelle Induktion und Repression sind eng verknüpft mit der Histondichte am jeweiligen Lokus.
Die konservierte Histon H4 spezifische Azetyltransferase Hat1 spielt eine Rolle im Einbau von Histonen bei DNA Schäden in verschiedenen Spezies. Diese Arbeit zeigt, dass C. albicans Hat1 nicht nur für die Reparatur von exogenen sondern auch von endogenen DNA Schäden benötigt wird. Fehlt Hat1, akkumulieren die Zellen schnell DNA Schäden und zeigen schwere morphologische Defekte. Damit ist C. albicans der erste bekannte Organismus, der die Histon H4 Prozessierung durch Hat1 für die Reparatur von endogenen DNA Schäden benötigt.
Interessanterweise erhöht der Verlust von Hat1 nicht die Suszeptibilität gegenüber DNA schädigenden ROS, sondern macht die Zellen resistenter gegenüber oxidierenden Agenzien. Hat1 konnte als negativer Regulator von oxidativen Stressgenen identifiziert werden. Darüber hinaus führt die Inaktivierung des CAF-1 Histon-Chaperons auch zu Misregulierung von oxidativen Stressgenen und H2O2 Resistenz. Eine genomweite Transkriptionsanalyse zeigte spezifische Funktionen für Hat1 in der Transkriptionsrepression, sowohl gemeinsam mit als auch unabhängig von CAF-1. Die oxidative Stressresistenz erhöht auch das Überleben von hat1Δ/Δ Zellen gegenüber einem Angriff durch Neutrophile. Weiters können hat1Δ/Δ Zellen infizierte Mäuse weniger effizient töten, obwohl die Mutante in infizierten Nieren persistieren kann. Neben der Rolle in der oxidativen Stressresistenz führt der Verlust von Hat1 auch zu erhöhter Toleranz gegenüber der antifungalen Wirkstoffgruppe der Azole. Diese Funktion teilt sich Hat1 mit dem HIR Histon-Chaperon. Diese Arbeit zeigt damit zum ersten Mal, dass Hat1 eine duale Funktion sowohl in der Reparatur von DNA Schäden als auch in der Regulation von Stressresistenz gemeinsam mit verschiedenen Histon-Chaperonen hat. Letztere Funktion scheint dabei spezifisch für C. albicans zu sein.
Abstract
(Englisch)
The opportunistic fungal pathogen Candida albicans is the most frequent cause of Candida-derived infections. Candida spp. can cause diseases ranging from mucocutaneous to life-threatening systemic infections in immunocompromised patients. During the infection process, C. albicans encounters various environmental stress conditions including reactive oxygen species (ROS) produced by innate immune cells such as neutrophils dedicated to kill the pathogen. Furthermore, treatment with antifungal agents also represents severe stress to the pathogen. Two mechanisms are therefore essential for C. albicans to be able to survive under these conditions: the fungus has to be able to repair damaged cellular components efficiently, and it has to respond rapidly by changing its transcriptional program. Changes in chromatin structure are involved in both mechanisms. Disassembly and reassembly of histones is required for efficient repair of DNA damage. Furthermore, transcriptional induction and repression are intimately linked to the histone density at the corresponding loci.
The conserved histone H4 specific acetyltransferase Hat1 is known to be involved in the incorporation of histones at sites of DNA damage in different species. This work demonstrates that C. albicans Hat1 is required for efficient repair of not just exogenous but also endogenous DNA damage. Cells lacking Hat1 rapidly accumulate DNA lesions and show severe morphological defects. Thus, C. albicans is the first organism known to require histone H4 processing by Hat1 for endogenous DNA damage repair.
Interestingly and unexpectedly, loss of Hat1 does not increase susceptibility to DNA-damaging ROS, but it renders cells hyperresistant to oxidizing agents. Strikingly, we could identify Hat1 as a negative regulator of oxidative stress genes. Furthermore, misregulation of oxidative stress genes and resistance to H2O2 are mimicked by inactivation of the CAF-1 histone chaperone complex. Interestingly, genome-wide transcriptional profiling revealed specific roles for Hat1 in transcriptional repression, both in concert with as well as independently of CAF-1. Hyperresistance to oxidative stress also improves survival of hat1Δ/Δ cells to neutrophil killing. Remarkably, loss of Hat1 leads to defects in killing infected mice although the mutant can persist in infected kidneys. Besides its role in oxidative stress resistance, lack of Hat1 also leads to increased tolerance to azole antifungals. This function is shared with the HIR histone chaperone complex. Thus, this work indicates for the first time a dual function for Hat1 in DNA damage repair as well as in the regulation of stress resistance via distinct chromatin assembly pathways, the latter of which seems to be highly specific for C. albicans.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Candida albicans histone chromatin stress resistance virulence
Schlagwörter
(Deutsch)
Candida albicans Histon Chromatin Stressresistenz Virulenz
Autor*innen
Michael Tscherner
Haupttitel (Englisch)
The role of histone deposition pathways in "Candida albicans" stress resistance and virulence
Paralleltitel (Deutsch)
Die Rolle von Histoneinbauwegen in der Stressresistenz und Virulenz von Candida albicans
Publikationsjahr
2014
Umfangsangabe
108 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
German Larriba Calle ,
Christoph Schüller
Klassifikationen
30 Naturwissenschaften allgemein > 30.00 Naturwissenschaften allgemein: Allgemeines ,
30 Naturwissenschaften allgemein > 30.03 Methoden und Techniken in den Naturwissenschaften
AC Nummer
AC12078438
Utheses ID
29061
Studienkennzahl
UA | 091 | 441 | |