Molekularbiologische Untersuchungen zur Pigmentsynthese von humanpathogenen Hefen
Brunke, Sascha - Freie Universität Berlin (2010)
Obwohl die Bedeutung von C. glabrata als Krankheitserreger stetig zunimmt, sind bislang nur wenige Pathogenitätsfaktoren dieses Pilzes bekannt. Die Entdeckung einer neuartigen Pigmentsynthese bei C. glabrata hat die Möglichkeit eröffnet, dass es sich analog zu den gut erforschten pilzlichen Melaninen bei diesem Pigment um einen neuen Pathogenitätsfaktor handelt könnte. In dieser Arbeit sollte deshalb der Syntheseweg des Pigments von C. glabrata analysiert und die möglichen biologischen Funktionen der Pigmentbildung bestimmt werden. Die Leitfragen waren dabei (1) wie der Syntheseweg des Pigments verläuft, (2) unter welchen Bedingungen das Pigment gebildet wird und (3) welche biologische Wirkung das Pigment für C. glabrata hat.
Über Transkriptionsprofilanalysen, eine Mutantenbibliothek, die Generierung spezifischer Mutanten und die heterologe Expression des relevanten Proteins konnte die erste Frage beantwortet und der Syntheseweg identifiziert und zu einem großen Teil aufgeklärt werden. Die Pigmentsynthese ist mit dem Tryptophanabbau von C. glabrata über die Aminosäuregärung gekoppelt: die aromatische Aminotransferase Aro8, die den ersten Schritt des Abbaus katalysiert, ist auch entscheidend für die Pigmentbildung. Das entstehende Zwischenprodukt, Indolpyruvat, reagiert danach entweder über weitere Zwischenschritte zu dem Pigment oder folgt über die Phenylpyruvat-Decarboxylase Aro10 weiter dem Weg der Aminosäuregärung. Die alternative aromatische Aminotransferase Aro9 spielt bei der Pigmentierung nur eine untergeordnete Rolle.
Die Bandbreite der Antworten auf die zweite Leitfrage ist breiter: Die Faktoren, die die Pigmentbildung beeinflussen, sind vielfältiger Natur. Tryptophan ist für die Synthese des Pigments unabdingbar, und Sauerstoff wird für die spontane Reaktion des Pigmentvorläufers zum eigentlichen Pigment benötigt. Alternative Stickstoffquellen, nichtfermentierbare Kohlenstoffquellen und hohe Zelldichte verringern die Pigmentbildung durch C. glabrata. Viele dieser Faktoren konnten in einem vorläufigen Modell zusammengefaßt werden, in dem an dieser Regulation der cAMP-Signaltransduktionsweg beteiligt ist, sehr wahrscheinlich über den Rezeptor Gpr1.
Für das Pigment ließen sich in Beantwortung der dritten Frage auch verschiedene mögliche biologische Funktionen beschreiben. Pigmentierte Hefen sind besser gegen UV-Licht, gegen Wasserstoffperoxid und gegen die Wirkung von menschlichen Neutrophilen geschützt. Zudem zeigen sie eine deutlich höhere Schädigung von Wirtszellen in einem in vitro-Modell. In diesen Funktionen ähnelt es damit den bekannten pilzlichen Melaninen und kann somit als möglicher Pathogenitätsfaktor von C. glabrata behandelt werden. Daneben konnte aber auch gezeigt werden, dass Pigmentbestandteile die Bildung von Filamenten durch den häufig gemeinsam mit C. glabrata auftretenden pathogenen Pilz C. albicans wirksam unterdrücken können.
Neben diesen direkten Antworten ergaben sich auch weitere interessante Nebenaspekte der Biologie von C. glabrata aus dieser Arbeit. So wurden hier zum ersten Mal die wichtigsten Schritte der Aminosäuregärung in C. glabrata aufgeklärt. Dabei zeigte sich, dass die beiden aromatischen Aminotransferasen von C. glabrata andere Funktionen und eine andere Regulation als in S. cerevisiae haben. Weiterhin konnte Histidin als mögliches neues Substrat von Aro8 beschrieben werden, wodurch C. glabrata im Gegensatz zu S. cerevisiae den beiden gemeinsamen Verlust der Histidase kompensiert. Auch deutete sich eine Verknüpfung des Vid-Komplexes mit der Stickstoffwahrnehmung an, wodurch eine Verbindung der Wahrnehmung von Stickstoff- und Kohlenstoffquellen möglich scheint.