Cross-Pathway Control of the Pathogenic Fungus <i>Aspergillus fumigatus</i>: a Manifold Stress Response System

Abstract

In dieser Arbeit wurde die Cross-Pathway Control (CPC) des opportunistisch pathogenen Pilzes A. fumigatus im Hinblick auf mögliche Faktoren untersucht, die eine Anpassung des Organismus innerhalb des Wirtes ermöglichen. Aus vorherigen Studien war bereits bekannt, dass der transkriptionelle Regulator CpcA dieses Systems Einfluss auf die Virulenz hat.Im ersten Teil dieser Arbeit wurden mittels Transkriptomanalyse der Wildtyp und eine cpcA-Deletionsmutante unter Aminosäuremangelbedingungen miteinander verglichen. Dabei wurden 377 Gene identifiziert, deren Expression unter diesen Bedingungen induziert wurde, während die Expression von 146 Genen reprimiert wurde. Die Klassifizierung dieser Gene zeigte, dass die Mehrheit in Wege des primären und sekundären Metabolismus involviert ist. Darüber hinaus wurden eine Vielzahl an Transportern und Permeasen sowie Transkriptionsfaktoren gefunden, als auch ein Dutzend relevanter Gene bzgl. Stressantworten wie z. B. der Neutralisierung oxidativer Moleküle oder Resistenzmechanismen. Unter anderem wurden dabei zwei sog. AAA-ATPasen entdeckt, die aufgrund der Tatsache, dass sie Teil des CpcA-abhängigen Transkriptoms sind, als cdaA und cdaB bezeichnet wurden. Entsprechende Mutantenstämme zeigten als Phänotyp eine ausgeprägte Sensitivität gegenüber dem Zellwandstress induzierenden Wirkstoff Calcofluor White. Diese Ergebnisse zeigen schließlich die Anpassungsfähigkeit des Pilzes auf unterschiedliche Stresseinflüsse mittels des transkriptionellen Regulators CpcA. Das zweite Projekt beinhaltete die Untersuchung der Sensor Kinase CpcC und deren Einfluss auf die Pathogenität von A. fumigatus. Die hierfür konstruierte Mutante zeigte unter Mangelbedingungen nur eine begrenzte Induktion von CpcA im Vergleich zum Wildtyp, was zu einem verminderten Wachstum unter Aminosäuremangelbedingungen führte. Trotz dieser geringeren Menge an CpcA zeigte der CpcC Deletionsstamm keine verringerte Virulenz im Mausmodel. Daraus wurde die Schlussfolgerung gezogen, daß die basale Expressionsrate von CpcA ausreichend für die Pathogenität von A. fumigatus ist. Dies wird durch die Tatsache unterstützt, dass während der frühen Infektionsphase keine Induktion der CpcA-Expression stattfindet, wie mit Hilfe eines gfp::cpcA Reporterstammes festgestellt werden konnte.Entsprechend dieser Ergebnisse war es das Ziel, das vom basalen Expressionslevel abhängige Proteome zu charakterisieren. Dieses wurde mittels DIGE-Experimenten untersucht, was zur Identifizierung von 22 Proteinen führte, von denen 14 in einer delta cpcA-Mutante eine verminderte Expression aufwiesen. Die weitere Klassifizierung in Funktionsgruppen zeigte, dass drei dieser 14 Proteine gegebenenfalls eine Rolle für die Pathogenität von A. fumigatus spielen. Des Weiteren wurde ein Kandidatenprotein gefunden, dessen Funktion in der Neutralisierung von oxidativen Substanzen liegt.Diese Arbeiten charakterisieren dementsprechend das Netzwerk der Cross-Pathway Control des Humanpathogens A. fumigatus als umfassendes regulatorisches System.