The regulation and function of a multidrug resistance protein in Candida albicans
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Hefepilz Candida albicans kommt bei den meisten gesunden Menschen als harmloser Kommensale auf den Schleimhäuten des Verdauungs- und Urogenitaltrakts vor. Vor allem in immunsupprimierten Patienten kann C. albicans jedoch sowohl oberflächliche als auch lebensbedrohliche systemische Infektionen hervorrufen. Solche Infektionen werden meist mit dem Antimykotikum Fluconazol behandelt, das die Ergosterolbiosynthese hemmt und dadurch das Wachstum des Pilzes inhibiert. Allerdings kann C. albicans resistent gegen dieses Medikament werden, wobei eine Überexpression der „multidrug“-Effluxpumpe MDR1 eine häufige Ursache der Resistenz ist. In diesem Projekt sollte der molekulare Mechanismus der MDR1-Überexpression aufgeklärt werden. Wir konnten einen Transkriptionsfakor aus der pilzspezifischen Familie der Zink-Cluster-Proteine als zentralen Regulator der MDR1-Expression identifizieren. Die Inaktivierung dieses Transkriptionsfaktors, den wir als Mrr1 (multidrug resistance regulator) bezeichneten, in fluconazolresistenten Stämmen führte zum Verlust der MDR1-Expression und der Fluconazolresistenz. Alle MDR1 überexprimierenden C. albicans-Isolate, die von uns untersucht wurden, enthielten Mutationen in Mrr1, die eine konstitutive Aktivierung des Transkriptionsfaktors bewirkten und für die Resistenz der Stämme verantwortlich waren. Die meisten dieser Stämme waren nach Erwerb einer solchen „gain-offunction“-Mutation homozygot für das veränderte MRR1-Allel geworden, wodurch ihre Resistenz noch weiter gesteigert wurde. Durch die Analyse der Veränderungen im Transkriptionsprofil, die durch Mrr1-Mutationen hervorgerufen werden, und genomweite DNA-Bindungsstudien konnten wir weitere Zielgene von Mrr1 identifizieren, die ebenfalls zur Resistenz beitragen. Darüber hinaus konnten wir die Rolle von weiteren Transkriptionsfaktoren in der Regulation der MDR1-Expression bestimmen und Mcm1 als wichtigen Coregulator der durch Mrr1 vermittelten Resistenz identifizieren. Die Ergebnisse dieses Projekts haben detaillierte Einblicke in die molekularen Mechanismen der Resistenzentwicklung in C. albicans erbracht und ermöglichen die Entwicklung von Strategien, wie die Medikamentenresistenz in diesem wichtigsten humanpathogenen Pilz gezielt blockiert werden kann.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2007) The transcription factor Mrr1p controls expression of the MDR1 efflux pump and mediates multidrug resistance in Candida albicans. PLoS Pathog. 3:e164
Morschhäuser J, Barker KS, Liu TT, Blaß-Warmuth J, Homayouni R, Rogers PD
- (2008) Gain-of-function mutations in the transcription factor MRR1 are responsible for overexpression of the MDR1 efflux pump in fluconazoleresistant Candida dubliniensis strains. Antimicrob. Agents Chemother. 52:4274-4280
Schubert S, Rogers PD, Morschhäuser J
- (2008) Mutations in the multidrug resistance regulator MRR1, followed by loss of heterozygosity, are the main cause of MDR1 overexpression in fluconazole-resistant Candida albicans strains. Mol. Microbiol. 69:827-840
Dunkel N, Blaß J, Rogers PD, Morschhäuser J
- (2010) Regulation of multidrug resistance in pathogenic fungi. Fungal Genet. Biol. 47:94-106
Morschhäuser J
- (2011) Differential requirement of the transcription factor Mcm1 for activation of the Candida albicans multidrug efflux pump MDR1 by its regulators Mrr1 and Cap1. Antimicrob. Agents Chemother. 55:2061-2066
Mogavero S, Tavanti A, Senesi S, Rogers PD, Morschhäuser J
- (2011) Regulation of efflux pump expression and drug resistance by the transcription factors Mrr1, Upc2, and Cap1 in Candida albicans. Antimicrob. Agents Chemother. 55:2212-2223
Schubert S, Barker KS, Znaidi S, Schneider S, Dierolf F, Dunkel N, Aïd M, Boucher G, Rogers PD, Raymond M, Morschhäuser J
