Systematische funktionelle Analyse der Zink-Cluster-Transkriptionsfaktoren des pathogenen Hefepilzes Candida albicans durch artifizielle Aktivierung

• Antragsteller: Professor Dr. Joachim Morschhäuser
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 201319072

Die Regulation der Genexpression ist wesentlich für die Anpassungsfähigkeit von Zellen an Veränderungen in ihrer Umgebung und spielt eine Schlüsselrolle in der Entwicklung von Organismen und in der Evolution von Arten. Die Zink-Cluster-Proteine sind eine Familie von Transkriptionsregulatoren, die nur bei Pilzen vorkommen. In der pathogenen Hefe Candida albicans, einem der wichtigsten Erreger von Pilzinfektionen beim Menschen, sind sie an der Regulation Virulenz-assoziierter Eigenschaften beteiligt. Zudem ermöglichen Mutationen, die zu einer konstitutiven Aktivierung dieser Transkriptionsfaktoren führen (gain-of-function-Mutationen), die Erzeugung von Varianten mit neuen Eigenschaften und sind verantwortlich für die Antimykotikaresistenz vieler klinischer Isolate. Die Funktionen der meisten Mitglieder dieser Familie in der Biologie und Pathogenität von C. albicans sind jedoch noch nicht bekannt. Wir haben eine Methode entwickelt, Zink-Cluster-Proteine artifiziell zu aktivieren, so dass ihr Einfluss auf bestimmte Eigenschaften ersichtlich wird, auch wenn die Bedingungen, unter denen sie normalerweise aktiviert werden, unbekannt sind. Diese Strategie wurde von uns angewandt, um eine Sammlung von C. albicans-Stämmen zu erzeugen, die alle 82 Zink-Cluster-Transkriptionsfaktoren dieses Pilzes in einer konstitutiv aktiven Form exprimieren. Die phänotypische Analyse dieser Stämme führte zur Identifizierung eines neuen Regulators des invasiven Hyphenwachstums sowie von bisher unbekannten Mechanismen der Resistenz gegen das am meisten eingesetzte Antimykotikum Fluconazol und gegen die angeborene Immunabwehr. Die klinische Relevanz dieser Ergebnisse wird dadurch belegt, dass natürliche gain-of-function-Mutationen in diesen Transkriptionsfaktoren nun auch in Patientenisolaten mit den gleichen phänotypischen Eigenschaften gefunden wurden. Durch die Herstellung von Hybrid-Transkriptionsfaktoren mit veränderter DNA-Bindungsspezifität konnten wir zeigen, dass die Fähigkeit, in Gegenwart von Fluconazol die Expression von Effluxpumpen effizient zu induzieren, die intrinsische Resistenz von C. albicans gegen dieses Antimykotikum stark erhöht. Ziel dieses Projekts ist es nun, die molekularen Mechanismen aufzuklären, über die spezifische Transkriptionsfaktoren die Eigenschaften und das Verhalten von C. albicans kontrollieren, und wie wichtig diese für die Besiedlung und Infektion verschiedener Wirtsnischen sind. Außerdem wollen wir untersuchen, ob der Erwerb der Fähigkeit, auf bestimmte Signale mit der Induktion spezifischer zusätzlicher Gene zu reagieren, unter entsprechenden Bedingungen einen Selektionsvorteil verleiht und eine bessere Anpassung von C. albicans an Umweltveränderungen im menschlichen Wirt ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen