Characterization of Candida albicans genes involved in cell wall biogenesis and infection

Candida albicans ist ein kommensaler Mikroorganismus, der auf der Haut und Schleimhaut von Menschen und warmblütigen Tieren lebt. Problematisch wird seine Anwesenheit bei immunsupprimierten Patienten, bei denen sich C. albicans zu einem opportunistischen Pathogen wandeln kann. Im Wirt besiedelt Candida unterschiedliche Nischen, darunter die Haut, den Gastrointestinaltrakt sowie den Urogenitaltrakt. Diese bieten somit verschiedenartige Milieus bezüglich pH-Wert und die Verfügbarkeit von Nährstoffen. Die direkte Interaktion zwischen Candida und dem Wirt erfolgt über die Zelloberfläche des Pilzes, wodurch die Wahrnehmung der Umgebungsbedingung, die Adhäsion und auch die Interaktion mit dem Immunsystem des Wirts vermittelt werden. Da menschliche Zellen keine Zellwand aufweisen, sind deren Bausteine die wichtigsten Ziele für die Entwicklung von Medikamenten. Der erste Teil der vorliegenden Arbeit konzentriert sich auf die Charakterisierung von Veränderungen der Zellwand, die durch die Deletion der Gene efg1 und cph1 induziert werden. Wie bereits beschrieben, sind diese Gene, die für Transkriptionsfaktoren kodieren, an vielen zellulären Funktionen beteiligt, einschließlich der Ausbildung von Filamenten und von Pathogenität. Eine Deletion von efg1 beeinflusst hauptsächlich den Glukan-Polysaccharid-Anteil der Zellwand des Pilzes. Bei Kontakt mit Makrophagen und Dendritischen Zellen verändert eine Deletion von efg1 allein oder in Kombination mit cph1 die Immunogenität der Stämme signifikant, wohingegen die alleinige Deletion von cph1 eine untergeordnete Rolle spielt. Um herauszufinden, ob C. albicans in der Lage ist spezifisch auf die unterschiedlichen Nischen im Wirt zu reagieren, wurden Transkriptionsprofile erstellt zur Identifizierung von C. albicans Genen, die während der Adhäsion auf Polystyren sowie auf vaginalen und intestinalen Gewebemodellen differentiell reguliert werden. Der zweite Teil der Arbeit baut auf den Ergebnissen dieser Transkriptionsprofile auf. Der Fokus liegt dabei auf der funktionalen Charakterisierung mehrerer, unter den getesteten Bedingungen differentiell regulierter Gene, die für putative Zelloberflächenproteine kodieren. Unter den im Detail charakterisierten Genen befanden sich zwei codierende Gene für potentielle GPI-Proteine, Pga7 und Pga23 sowie eine für ein Protein, Pra1, das ins Medium sekretiert wird. Funktionale Studien von PGA7, PGA23 und PRA1 bezüglich Adhäsion und Invasion sowie Zellwandstruktur und Stabilität wurden mittels Deletions- und Überexpressionsstämmen durchgeführt. Diese Studien qualifizieren Pga7, Pga23 und Pra1 eher als strukturelle Elemente der Zellwand als Adhäsine. Die eigentliche Funktion von Pra1 scheint auch in der Interaktion mit Wirtskomponenten zu liegen. Abschließend wurde eine Genfamilie analysiert, von denen ein Mitglied (AUF8 Adhesion Upregulated Factor 8) während der Adhäsion hochreguliert wird. Diese enthalten vier Transmembrandomänen und sind voraussichtlich in der Plasmamembran lokalisiert. Es konnten sieben homologe Gene im Genom von C. albicans identifiziert werden, von denen sich sechs auf dem Chromosom 5 in einem 10 kb-Gencluster befinden. Während der heterologen Genexpression als GFP-Fusionsprotein in Saccharomyces cerevisiae ist das Protein Auf8-GFP an der Plasmamembran lokalisiert. Deletionsstudien zeigten keinen direkten Einfluss der AUF-Gene auf den Adhäsions- oder Invasionsprozess. Allerdings gibt es Anzeichen für die Bedeutung dieser Gene während der stationären Wachstumsphase