TY  - THES
A1  - Degel, Björn
T1  - Synthese und Testung elektrophiler Verbindungen als Inhibitoren der sekretorischen Aspartat-Proteasen (SAPs) von Candida albicans
T1  - Synthesis and testung of electrophilic compounds as inhibitors of the secreted aspartic proteases (SAPs) of Candida albicans
N2  - In den letzten Jahren haben Pilzinfektionen zugenommen und bakterielle Infektionen nahezu überholt, wofür vor allem der massive Einsatz von Medikamenten sowie operative Eingriffe verantwortlich sind. Einer der gefährlichsten Auslöser schwerer Pilzinfektionen, die innere Organe schädigen und sehr schwer zu behandeln sind, ohne dabei den Wirtsorganismus zu schädigen, ist der opportunistische Hefepilz Candida albicans. Da aufgrund der immer größer werdenden Zahl von Resistenzen von Candida albicans nur ein relativ kleines Repertoire für die Therapie zur Verfügung steht, war das Ziel der vorliegenden Arbeit die Synthese einer Reihe peptidischer Inhibitoren mit elektrophilen Bausteinen als potentielle irreversible Inhibitoren der sekretorischen Aspartat-Proteasen (SAPs) des Hefepilzes Candida albicans und deren Testung an dem am stärksten exprimierten SAP-Isoenzym SAP2 sowie anderen Proteasen. Dabei sollte geklärt werden, ob neben der HIV-1-Protease auch andere Aspartat-Proteasen durch cis-konfigurierte Epoxide irreversibel hemmbar sind, ob andere elektrophile Ringe sowie elektronenarme Michael-Systeme in der Lage sind, als irreversible Aspartat-Protease-Inhibitoren zu fungieren, und ob die Z-Konfiguration der Olefine für die Hemmung von Aspartat-Proteasen ebenso wichtig ist wie die cis-Konfiguration bei Epoxiden. Die Aziridin-2-carboxylat-Bausteine wurden als Racemate über Cromwell-Synthese gewonnen und die Aziridin-2,3-dicarboxylat-Bausteine stereoselektiv aus Tartraten dargestellt. Die Oxiran-2-carboxylat-Bausteine wurden enantioselektiv ausgehend von Threonin bzw. als Racemate über Darzens-Glycidester-Synthese dargestellt. Die Synthese der Oxiran-2,3-dicarboxylat-Bausteine gelang mittels tertButylhydroperoxid / BuLi aus den Maleaten. Die Z-Olefinbausteine wurden durch Kupplung von Alkoholen bzw. AS an Maleinsäureanhydrid erhalten oder über Wittig- bzw. Horner-Wadsworth-Emmons-Reaktion dargestellt. Die Kupplung von AS bzw. Peptiden an die elektrophilen Bausteine erfolgte mit gängigen AS- / Peptidkupplungsmethoden. Die als irreversible Inhibitoren der SAP2 konzipierten Verbindungen wurden in einem neu entwickelten fluorimetrischen FRET-Assay auf ihre SAP2-Hemmung getestet. Dazu wurde ein Verdünnungsassay nach Kitz und Wilson durchgeführt und die zunehmende Fluoreszenz durch das Spaltprodukt der enzymatischen Hydrolyse des Substrats bei 540 nm detektiert (Anregung 355 nm). Als Substrat diente das Undecapeptid Dabcyl-Arg-Lys-Pro-Ala-Leu-Phe / Phe-Arg-Leu-Glu(EDANS)-ArgOH (/ markiert die Spaltstelle). Von den Inhibitoren wurden IC50-, k2nd- und, falls möglich, ki- und Ki-Werte ermittelt. Von den 41 an der SAP2 getesteten AS- / Peptid-verknüpften Verbindungen stellen die beiden Aziridine A-07 und A-08 mit k2nd-Werten im mittleren fünfstelligen Bereich [M-1min-1] die besten Inhibitoren dar. Bis auf zwei Verbindungen zeigen alle aktiven Verbindungen an der SAP2 sinkende IC50-Werte bei längerer Inkubationszeit und somit eine zeitabhängige und irreversible Hemmung. Zur Untersuchung der Selektivität wurden die Verbindungen mittels kontinuierlicher Assays an den Cystein-Proteasen Cathepsin B (human), Cathepsin L (Paramecium tetraurelia) und Rhodesain (Trypanosoma brucei rhodesiense) getestet. Als Substrat wurde dabei Cbz-Phe-Arg-AMC verwendet. Erfreulicherweise waren bis auf das E-konfigurierte Olefin E-Ol-04 alle Verbindungen an den Cystein-Proteasen inaktiv. Die Ergebnisse zeigen, dass neben den HIV-Proteasen auch die sekretorische Aspartat-Protease SAP2 durch cis-konfigurierte Epoxide irreversibel hemmbar ist. Desweiteren zeigt sich, dass mit Aziridinen auch andere elektrophile Ringe als irreversible Aspartat-Protease-Inhibitoren fungieren können. An der SAP2 zeigen sich die Aziridine sogar aktiver. Auch elektronenarme Michael-Systeme sind in der Lage Aspartat-Proteasen zu hemmen, auch wenn ihre Hemmung deutlich schwächer ist als die der Aziridine. Die Ergebnisse zeigen jedoch, dass nicht, wie angenommen, die Z-Konfiguration der Olefine entscheidend ist, sondern dass E-Olefine sogar bessere Hemmungen aufweisen. In Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Joachim Morschhäuser und Dr. Peter Staib vom Institut für Molekulare Infektionsbiologie der Universität Würzburg, konnte gezeigt werden, dass die Aziridine A-07 und A-08 neben dem isolierten Enzym auch die SAP2-Produktion in Candida albicans-Zellkulturen hemmen ohne auf die Pilzzellen toxisch zu wirken. Neben der Hemmung der SAP2 wirken die Aziridine A-07 und A-08 auch antiplasmodial. Bei Testungen am Malaria-Erreger Plasmodium falciparum zeigten beide Aziridine einen IC50-Wert im unteren mikromolaren Bereich. Der Grund der Hemmung des Parasiten ist jedoch noch unklar, da A-07 und A-08 weder an den isolierten Cystein-Proteasen des Malaria-Erregers Falcipain 2 und 3 aktiv sind, noch dessen Aspartat-Protease Plasmepsin II hemmen.
N2  - Over the last years fungal infections have increased dramatically and now nearly exceed the number of bacterial infections. Reasons are the massive use of antibiotics and the increasing number of surgeries. One of the most serious pathogens that causes superficial as well as severe systemic infections, which are difficult to treat without affecting the host organism, is the opportunistic fungal pathogen Candida albicans. Due to an increase of resistances of Candida species towards antifungal drugs only a limited repertoire of drugs is available for systemic therapy. The goal of the present work was the synthesis of series of peptide inhibitors containing electrophilic building blocks as potential irreversible inhibitors of the secreted aspartic proteases (SAPs) of Candida albicans. The synthesized compounds should be tested against SAP2, which is the mostly expressed SAP-isoenzyme, and other proteases. This work should elucidate whether cis-configured epoxides can be used to irreversibly block other aspartic proteases than the HIV-1-protease and whether other small electrophilic building blocks like aziridines and electron poor Michael acceptor systems can react as irreversible inhibitors of aspartic proteases as well. Additionally, the role of the configuration of the Michael systems (Z / E) for inhibition potency should be investigated. The aziridine-2-carboxylates were obtained as racemates by Cromwell synthesis and the aziridine-2,3-dicarboxylates were synthesized stereoselectively by a chiral pool synthesis starting from tartrates. The oxirane-2-carboxylates were synthesized enantioselectively starting from threonine or were obtained as racemates by Darzens glycide ester synthesis. The oxirane-2,3-dicarboxylates were obtained by Weitz-Schäffer epoxidation of maleates with tertbutylhydroperoxide / butyllithium. The Z-configured olefinic building blocks were synthesized by reactions of alcohols or amino acids with maleinic anhydride or by Wittig and Horner-Wadsworth-Emmons reactions. The electrophilic building blocks obtained by these pathways were coupled with amino acids and peptides using known methods of peptide chemistry. The compounds which were designed as irreversible aspartic protease inhibitors were tested for SAP2 inhibition using a newly-developed FRET assay. The inhibition constants (IC50-, k2nd-, ki- and Ki-values) were determined in dilution assays measuring the increase of fluorescence at 540 nm. The undecapeptide Dabcyl-Arg-Lys-Pro-Ala-Leu-Phe / Phe-Arg-Leu-Glu(EDANS)-ArgOH (/ designates the cleavage site) was used as substrate. Within the series of 41 synthesized compounds the aziridines A-07 and A-08 exhibiting k2nd-values of about 50000 M-1min-1 were found to be the most active inhibitors. With the exception of two compounds all inhibitors showed time-dependent inhibition indicating irreversible inactivation of the target enzyme. In order to elucidate the selectivity the compounds were tested against the cysteine proteases cathepsin B (human), cathepsin L (Paramecium tetraurelia) und rhodesain (Trypanosoma brucei rhodesiense) using a continuous fluorometric microplate assay. In all cases, the substrate Cbz-Phe-Arg-AMC was used. With the exception of the E-configured olefin E-Ol-04 all compounds were found to be inactive against cysteine proteases. In summary, the results prove that besides the HIV-proteases other aspartic proteases like SAP2 can also be inhibited irreversibly by cis-configured epoxides. Furthermore, it is shown that cis-configured aziridines can also be used as building blocks for irreversible inhibitors of aspartic proteases, being even more active against SAP2 than corresponding epoxides. Electron poor Michael acceptor systems can also be used, but they are obviously weaker than the three-membered heterocycles. The results obtained with the olefins show that the E-configured compounds are superior to Z-configured ones. In collaboration with the group of Prof. Dr. Joachim Morschhäuser and Dr. Peter Staib (Department of Molecular Infection Biology, University of Würzburg) it was proven that the aziridines A-07 and A-08, which are the most active inhibitors of the target enzyme, also inhibit SAP2 in Candida albicans cell cultures leading to growth inhibition without being cytotoxic against the fungi. These aziridines (A-07 and A-08) display antiplasmodial activity as well. Tests against the malaria parasite Plasmodium falciparum revealed for both aziridines IC50-values in the low micromolar range. The reasons for the antiplasmodial activity are uncertain at the moment: A-07 and A-08 are only weakly active against the plasmodial cysteine proteases falcipain 2 and falcipain 3 and, furthermore, they do not inhibit the parasitic aspartic protease plasmepsin II.
KW  - Candida albicans
KW  - Aspartatproteasen
KW  - Inhibitorpeptide
KW  - Aspartat-Proteasen
KW  - Candida albicans
KW  - Aziridine
KW  - Epoxide
KW  - aspartic proteases
KW  - Candida albicans
KW  - aziridines
KW  - epoxides
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-18339
ER  - 
TY  - THES
A1  - Reuß, Oliver Rainer
T1  - Funktionelle Analyse einer Familie von Oligopeptidtransportern des humanpathogenen Hefepilzes Candida albicans
T1  - Functional analysis of a family of oligopeptide transporters in the human pathogenic yeast Candida albicans
N2  - Der Hefepilz Candida albicans ist Teil der natürlichen Mikroflora auf den Schleimhäuten des Verdauungs- und Urogenitaltrakts der meisten gesunden Menschen. Allerdings kann C. albicans vor allem in immunsupprimierten Patienten auch schwerwiegende Infektionen verursachen. Diese reichen von oberflächlichen Mykosen bis hin zu lebensbedrohlichen systemischen Infektionen. C. albicans besitzt eine Reihe von Eigenschaften, die es diesem opportunistisch humanpathogenen Pilz ermöglichen unterschiedliche Wirtsgewebe zu kolonisieren und zu infizieren. Ein wichtiger Virulenzfaktor sind sekretorische Aspartylproteasen (SAPs), die von einer großen Genfamilie von zehn SAP-Genen codiert werden. Die SAPs werden während der Infektion differentiell exprimiert und übernehmen unterschiedliche Rollen im Infektionsverlauf. So tragen sie zur Adhärenz bei, können Wirtsbarrieren und Moleküle der Wirtsimmunabwehr zerstören oder liefern Nährstoffe, indem sie Proteine abbauen. Unter den zehn SAP-Genen ist SAP2 für ein Wachstum von C. albicans auf Proteinen als alleiniger Stickstoffquelle verantwortlich. Allerdings ist wenig über die Regulation der SAP2-Expression und über die Aufnahme der proteolytischen Abbauprodukte in die Zelle bekannt. In dieser Arbeit wurde eine Familie von Oligopeptidtransportern von C. albicans funktionell analysiert. Da aus früheren Arbeiten bekannt war, dass SAP2 durch Peptide mit mindestens acht Aminosäuren induziert werden kann, könnten einzelne Mitglieder dieser Familie neben der Transportfunktion auch eine Sensorfunktion für Peptide übernehmen und somit über einen Signalweg SAP2 induzieren. In der Genomsequenz von C. albicans wurden neben dem bereits beschriebenen OPT1-Gen sieben weitere Gene identifiziert, deren Genprodukte signifikante Homologie zu Opt1p aufwiesen und die deshalb als OPT2-OPT8 bezeichnet wurden. Um die Rolle dieser putativen Oligopeptidtransporter bei der SAP2-Induktion und beim Transport der durch Sap2p-Aktivität bereitgestellten proteolytischen Abbauprodukte zu untersuchen, wurden Mutanten hergestellt, in denen die OPT-Gene spezifisch deletiert waren. Zu diesem Zweck wurde eine Methode zur gezielten Geninaktivierung etabliert, die auf einem neuen, recycelbaren dominanten Selektionsmarker (caSAT1) beruht, der Resistenz gegen Nourseothricin verleiht. Die “SAT1-Flipping“-Strategie kann direkt in C. albicans Wildstämmen angewendet werden und umgeht somit alle Probleme, die mit der Verwendung von auxotrophen Ausgangsstämmen verbunden sind. Alle Mutanten, in denen jeweils eines der OPT-Gene inaktiviert war, verhielten sich wie der Wildtyp und zeigten keinen Wachstumsdefekt auf bovinem Serumalbumin (BSA) als alleiniger Stickstoffquelle, während eine sap2-Nullmutante unter diesen Bedingungen nicht wachsen kann. Somit ist kein einzelnes OPT-Gen für C. albicans notwendig, um auf BSA als alleiniger Stickstoffquelle zu wachsen. Dagegen zeigten opt123-Triplemutanten ähnlich wie die sap2-Mutante einen starken Wachstumsdefekt auf BSA als alleiniger Stickstoffquelle, der durch Reintegration einer intakten Kopie von OPT1, OPT2 oder OPT3 wieder aufgehoben werden konnte. Der Wachstumsdefekt der opt123-Triplemutanten war nicht auf eine fehlende Induktion von SAP2 zurückzuführen, sondern auf das Unvermögen dieser Mutanten, die durch den proteolytischen Abbau von BSA entstandenen Peptide zu transportieren. Mit Hilfe von Reportergenen konnte gezeigt werden, dass die einzelnen OPT-Gene differentiell exprimiert werden. Während keines der Gene in einem Vollmedium (YPD) exprimiert wurde, wurde eine starke Induktion von OPT1 und OPT3 in Gegenwart von BSA als alleiniger Stickstoffquelle beobachtet. Nach Expression von OPT4 und OPT5 unter Kontrolle des konstitutiven ADH1-Promotors in den opt123-Triplemutanten konnte deren Wachstumsdefekt auf BSA als alleiniger Stickstoffquelle ebenfalls kompensiert werden, während die zusätzliche Deletion dieser Gene in den dabei entstandenen opt1234-Quadruple- und opt12345-Quintuplemutanten den Wachstumsdefekt noch verstärkte. Diese Ergebnisse bestätigten, dass die Gene OPT1-OPT5 für funktionelle Oligopeptidtransporter codieren. Weitere Experimente zeigten, dass die Oligopeptidtransporter unterschiedliche Substratpräferenzen haben. Während das Tetrapeptid LWMR für Stämme, die spezifisch OPT3, OPT4, oder OPT5 exprimierten, ein besseres Substrat war als das Tetrapeptid LSKL, konnten Stämme, die spezifisch OPT2 exprimierten, das LSKL-Peptid verwerten, nicht aber das LWMR-Peptid. Experimente mit Peptiden definierter Länge und Zusammensetzung wiesen außerdem darauf hin, dass die Oligopeptidtransporter in der Lage sind, auch längere Peptide mit bis zu mindestens acht Aminosäuren zu transportieren. Die Evolution einer Genfamilie, die für Oligopeptidtransporter mit unterschiedlicher Substratpräferenz codieren, hat deshalb vermutlich dazu beigetragen, dass C. albicans Proteine sehr effizient als Stickstoffquelle verwerten und sich an die Nahrungsbedingungen in verschiedenen Wirtsnischen optimal anpassen kann.
N2  - The yeast Candida albicans is a member of the microflora on mucosal surfaces of the gastrointestinal and urogenitary tract in most healthy people. However, in immunocompromised patients C. albicans can cause superficial as well as life-threatening systemic infections. C. albicans exhibits a variety of characteristics that enable this opportunistic human fungal pathogen to colonize and infect different host tissues. Among these virulence factors are secreted aspartic proteinases (SAPs), which are encoded by a family of ten SAP genes. The SAPs are differentially expressed during infection and play different roles in disease progression by contributing to adherence, by degrading tissue barriers and host defence molecules or by providing nutrients through the digestion of proteins. Of the ten SAP genes, SAP2 enables C. albicans to grow on proteins as a sole source of nitrogen. However, little is known about how SAP2 expression is regulated and how proteolytic products are taken up into the cell. In this work a family of oligopeptide transporters of C. albicans was functionally characterized. Since earlier studies had demonstrated that SAP2 expression can be induced by peptides of at least eight amino acids in length, oligopeptide transporters, in addition to transporting peptides, might also serve as sensors which in the presence of peptides activate a signalling pathway that induces SAP2 expression. Beside the already described OPT1 gene, seven additional genes were identified in the C. albicans genome sequence whose encoded products exhibit significant similarity to Opt1p and hence were designated as OPT2-OPT8. To elucidate the role of these putative oligopeptide transporters in SAP2 induction and in the uptake of proteolytic products provided by Sap2p activity, a series of mutants lacking specific OPT genes was constructed. For this purpose, a method for targeted gene inactivation was established that relies on the use of a new recyclable, dominant selection marker, caSAT1, which confers resistance to nourseothricin upon C. albicans transformants. The SAT1 flipping strategy can be used directly in C. albicans wild-type strains and, therefore, circumvents all problems related to the use of auxotrophic host strains. All knockout mutants lacking single OPT genes behaved like the wild-type parental strain and did not show a growth defect in a medium containing bovine serum albumin (BSA) as the sole nitrogen source, conditions in which a sap2 null mutant can not grow. Therefore, no single OPT gene is required for growth of C. albicans on BSA as the sole source of nitrogen. In contrast, opt123 triple mutants, similar to a sap2 mutant, had a severe growth defect on BSA as the sole nitrogen source, which could be rescued by reintroduction of an intact copy of either OPT1, OPT2 or OPT3. The poor growth of the opt123 triple mutants was not caused by failure to induce SAP2 expression but by the inability of these mutants to efficiently transport the peptides produced by proteolytic degradation of BSA into the cell. By using reporter genes it could be demonstrated that individual members of the OPT gene family are differentially expressed. While none of the OPT genes was detectably expressed in rich YPD medium, a strong induction of OPT1 and OPT3 was observed in the presence of BSA as the sole nitrogen source. Forced expression of OPT4 and OPT5 under control of the constitutive ADH1 promoter in the opt123 triple mutants also complemented their growth defect on BSA as a sole nitrogen source, whereas the additional deletion of these genes in the resulting opt1234 quadruple and opt12345 quintuple mutants exacerbated the growth defect. These results confirmed that at least OPT1-OPT5 encode functional oligopeptide transporters. Additional experiments showed that the individual oligopeptide transporters differ in their substrate preferences. While the tetrapeptide LWMR was a better substrate than the tetrapeptide LSKL for strains that specifically expressed OPT3, OPT4 or OPT5, strains specifically expressing OPT2 grew on the LSKL peptide, but not on the LWMR peptide. Furthermore, experiments with peptides of defined length and sequence suggested that the oligopeptide transporters are also able to transport longer peptides up to at least eight amino acids in length. Therefore, the evolution of a gene family encoding oligopeptide transporters with different substrate preferences probably contributed to the ability of C. albicans to efficiently utilize proteins as a nitrogen source and adapt to the nutritional conditions in different host niches.
KW  - Candida albicans
KW  - Stickstoffversorgung
KW  - Oligopeptide
KW  - Genanalyse
KW  - Stickstoff-Verwertung
KW  - Oligopeptide
KW  - Peptidtransport
KW  - sekretorische Aspartylprotease
KW  - Candida albicans
KW  - nitrogen utilization
KW  - oligopeptides
KW  - peptide transport
KW  - secreted aspartic proteinase
KW  - Candida albicans
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-20515
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TY  - THES
A1  - Park, Yang-Nim
T1  - Etablierung eines Tetrazyklin-induzierbaren Genexpressionssystems und Analyse des White-Opaque-Switchings in Candida albicans
T1  - Establishment of a tetracycline-inducible gene expression system and anlysis of White-Opaque switching in Candida albicans
N2  - Der Hefepilz Candida albicans kommt bei den meisten gesunden Menschen als harmloser Kommensale auf den Schleimhäuten des Verdauungs- und Urogenitaltraktes vor, kann aber insbesondere bei immunsupprimierten Patienten sowohl lokal beschränkte mukokutane als auch lebensbedrohliche systemische Infektionen verursachen. C. albicans zeichnet sich durch eine große morphologische Variabilität aus, die dazu beiträgt, dass der Pilz viele unterschiedliche Wirtsnischen erfolgreich besiedeln und infizieren kann. Neben dem durch Umweltsignale gesteuerten Wechsel zwischen Hefe- und Hyphenform kann C. albicans auch spontan und reversibel von der normalen Hefemorphologie (white) in eine sogenannte opaque-Zellform wechseln. Das white-opaque-Switching tritt nur bei Stämmen auf, die homozygot für den mating-type-Lokus (MTLa oder MTL) geworden sind, und ermöglicht das Mating von opaque-Zellen komplementären Paarungstyps. Da white- und opaque-Zellen unterschiedlich gut an bestimmte Wirtsnischen angepasst sind, scheint das white-opaque-Switching auch eine Bedeutung in der Pathogenität des Pilzes zu haben, und es ist von großem Interesse herauszufinden, wie dieser komplexe Prozess gesteuert wird. Die genetische Analyse von C. albicans ist durch das Fehlen einer haploiden Phase und durch eine Abweichung vom universalen Codon-Gebrauch in diesem Pilz erschwert. In den letzten Jahren wurden verschiedene Methoden zur gezielten Geninaktivierung und andere Werkzeuge für die funktionelle Genanalyse in C. albicans entwickelt. Die Möglichkeiten zur kontrollierten Genexpression sind jedoch noch begrenzt. In dieser Arbeit wurde deshalb ein System etabliert, das eine Tetrazyklin-induzierbare Expression von Genen in den verschiedenen morphologischen Formen von C. albicans und unabhängig von den Wachstumsbedingungen erlaubt. Zu diesem Zweck wurde eine Kassette konstruiert, die einen an C. albicans adaptierten, reversen Tetrazyklin-abhängigen Transaktivator (rtTA) enthält und in die Zielgene unter Kontrolle eines rtTA-abhängigen Promotors inseriert werden können. Nach Integration der Kassette ins C. albicans-Genom wird der Transaktivator konstitutiv exprimiert und ermöglicht die Induktion des Zielgens durch Zugabe von Doxyzyklin. Mit Hilfe des GFP-Reportergens wurde bestätigt, dass dieses Tet-On-System eine effiziente, Doxyzyklin-induzierbare Genexpression in Hefe-, Hyphen- und opaque-Zellen von C. albicans erlaubt. Die Tetrazyklin-induzierte Expression eines dominant-negativen CDC42-Allels blockierte in Hefezellen die Ausbildung von Knospen und resultierte in vergrößerten, mehrkernigen Zellen, während die Expression des NRG1-Repressors das filamentöse Wachstum unter allen getesteten Hypheninduktionsbedingungen effizient inhibierte. Eine Expression des MTLa1-Gens unter Kontrolle des Tet-abhängigen Promotors in opaque-Zellen eines MTL-Stammes führte zum Switching der Zellen in die white-Phase, was darauf hinwies, dass der nach dem Mating von a- und -opaque-Zellen gebildete a1/2-Repressorkomplex das Switching in die white-Phase bewirkt. Dagegen induzierte die Expression des MTLa2-Transkriptionsfaktors in -opaque-Zellen das Shmooing, das normalerweise durch das Pheromon des Matingpartners ausgelöst wird. Die Expression der site-spezifischen FLP-Rekombinase unter Kontrolle des Tet-abhängigen Promotors ermöglichte eine Tetrazyklin-induzierbare Deletion von essentiellen Genen und damit die Herstellung von konditional letalen Mutanten. In Kombination mit dem dominanten caSAT1-Selektionsmarker konnte das Tet-On-System auch in C. albicans-Wildtypstämmen eingesetzt werden und stellt daher eine vielseitig verwendbare Methode zur funktionellen Genanalyse und zur Manipulation des zellulären Verhaltens von C. albicans dar. In weiteren Experimenten wurde die Rolle des globalen Transkriptionsrepressors Tup1, der in heterozygoten MTLa/-C. albicans-Stämmen das filamentöse Wachstum inhibiert, und der phasenspezifischen Gene WH11 und OP4 beim white-opaque-Switching untersucht. Die Deletion des TUP1-Gens im MTL-Stamm WO-1 bewirkte, dass die Mutanten keine white- oder opaque-Zellen mehr bilden konnten. Stattdessen produzierten sie vier unterschiedliche Zell- und Koloniephänotypen, die ein verändertes Expressionsmuster von white- und opaque-spezifischen Genen zeigten und zwischen denen sie spontan und reversibel wechseln konnten. Interessanterweise waren drei der vier Varianten zum Mating mit MTLa-opaque-Zellen fähig und bildeten rekombinante Nachkommen. Diese Ergebnisse zeigten, dass Tup1 zwar auch in MTL-Zellen für die Aufrechterhaltung der normalen Zellmorphologie und Genexpression wichtig ist, jedoch nicht für das Switching an sich. Die Deletion des white-spezifischen Gens WH11 im Stamm WO-1 hatte keinen erkennbaren Effekt auf die Zell- und Koloniemorphologie von white- und opaque-Zellen, die phasenspezifische Genexpression oder die Frequenz des Switchings. Ein ähnliches Ergebnis wurde nach Inaktivierung des opaque-spezifischen OP4-Gens erhalten, und die Deletion von OP4-Gen hatte auch keinen Effekt auf das Mating der opaque-Zellen. Allerdings zeigten opaque-Zellen der op4-Mutanten ein im Vergleich zum Wildtyp verlangsamtes Wachstum bei niedrigen Temperaturen und bildeten spontan einen weiteren Koloniephänotyp aus. Die phasenspezifischen Gene WH11 und OP4 sind daher nicht notwendig für das white-opaque-Switching und haben vermutlich spezifischere Funktionen in der Ausprägung des phasenspezifischen Phänotyps.
N2  - The yeast Candida albicans is a harmless commensal on mucosal surfaces of the gastrointestinal and urogenitary tracts in most healthy people, but it can also cause local mucocutaneous as well as life-threatening systemic infections, especially in immunocompromised patients. C. albicans exhibits a high morphological variability, which contributes to the capacity of the fungus to colonize and infect many different host niches. In addition to the transition between growth in yeast and hyphal forms, which is regulated by environmental signals, C. albicans can also switch from the normal yeast cell morphology (white) to an elongated, so-called opaque cell type. This white-opaque switching occurs only in strains that have become homozygous for the mating type locus and allows mating between opaque cells of opposite mating types (MTLa or MTL). As white and opaque cells differ in their adaptation to certain host niches, white-opaque switching also seems to have a role in the pathogenicity of C. albicans. Therefore, it is of great interest to elucidate how this complex morphogenetic process is controlled. The genetic analysis of C. albicans is hampered by the absence of a haploid phase and the non-canonical codon usage of this fungus. In the past years, methods for targeted gene inactivation and other molecular tools for functional gene analysis in C. albicans have been developed. However, tools for controlled gene expression are still limited. In this work, a system for tetracycline-inducible expression of genes in the various morphological forms of C. albicans was established. For this purpose, a cassette was constructed which contains a C. albicans-adapted, reverse tetracycline-dependent transactivator (rtTA) and into which target genes can be inserted under the control of an rtTA-dependent promoter. After integration of the cassette into the C. albicans genome, the transactivator is constitutively expressed and allows the induction of the target gene by the addition of doxycycline. Using GFP as a reporter gene it was confirmed that this Tet-On system enables an efficient, doxycycline-inducible gene expression in yeast, hyphal, and opaque cells of C. albicans. Tetracycline-induced expression of a dominant-negative CDC42 allele prevented the formation of buds in yeast cells and resulted in the production of large, multinucleate cells, whereas expression of the NRG1 repressor efficiently inhibited filamentous growth under all tested hyphal inducing conditions. Expression of the MTLa1 gene under control of the Tet-dependent promoter in opaque cells of an MTL strain forced the cells to switch into the white phase, which indicated that the a1/2 repressor complex formed after mating of a and  opaque cells induces switching to the white phase. In contrast, expression of the MTLa2 transcription factor in  opaque cells resulted in the formation of shmoos, which normally is induced by the pheromone of a mating partner. Expression of the site-specific FLP recombinase under control of the Tet-dependent promoter allowed tetracycline-inducible deletion of essential genes and thus the generation of conditional-lethal mutants. In combination with the dominant caSAT1 selection marker the Tet-On system was also used in various C. albicans wild-type strains and, therefore, is an efficient and versatile tool to study gene function and manipulate cellular behaviour in this model pathogenic fungus. In additional experiments, the role of the global transcriptional repressor Tup1, which in heterozygous MTLa/ strains inhibits filamentous growth, and of the phase-specific WH11 and OP4 genes in white-opaque switching was investigated. Deletion of TUP1 in the MTL strain WO 1 abolished its ability to form white and opaque cells. Instead, the tup1 mutants spontaneously and reversibly switched between four different cell and colony phenotypes which exhibited an altered expression pattern of white- and opaque-specific genes. Interestingly, three of the four variants retained the capacity to mate with MTLa opaque cells and generate recombinant progeny. Therefore, Tup1 is required for normal cell morphology and gene expression also in MTL cells, but not for switching. Deletion of the white-specific WH11 gene in strain WO-1 did not have a detectable effect on the cell and colony morphology of white and opaque cells, phase-specific gene expression, or switching frequency. Similar results were obtained after inactivation of the opaque-specific OP4 gene and deletion of OP4 also did not affect mating of opaque cells. However, opaque cells of the op4 mutants exhibited reduced growth at temperatures below 25°C as compared with the wild type and they spontaneously generated an additional colony phenotype. Therefore, the phase-specific WH11 and OP4 genes are not required for white-opaque switching and presumably have more specific functions in the expression of the phase-specific phenotype.
KW  - Tet-On system
KW  - Candida albicans
KW  - White-Opaque Switching
KW  - Tet-On system
KW  - Candida albicans
KW  - White-Opaque Switching
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-19451
ER  -