Karakterisatie van de Candida glabrata trehalase enzymen

Schimmelinfecties vormen een ernstige bedreiging voor mensen met een verzwakt immuunsysteem. Candida glabrata is één van de schimmels die zowel oppervlakkige als systemische infecties kan veroorzaken, met in dit laatste geval een hoge mortaliteitskans. Verschillende virulentiefactoren zorgen ervoor dat deze schimmel de menselijke gastheer kan aanvallen: enzymproductie, adhesie en biofilmvorming, stressresistentie, enz. Gedurende stressresistentie speelt trehalose een belangrijke rol. Dit disacharide bindt aan proteïnen en membranen en zorgt ervoor dat deze hun integriteit behouden tijdens periodes van stress. Op het moment dat de stress wegvalt, is het belangrijk dat trehalose weer afgebroken wordt, zodat de cellen hun groei kunnen heropstarten. De afbraak van trehalose gebeurt door de trehalase enzymen.

Ondanks het feit dat de meeste schimmels trehalase bezitten, kan C. glabrata zeer snel trehalose afbreken. Deze eigenschap wordt in ziekenhuizen gebruikt om deze pathogeen te identificeren. Dit was één van de redenen om te geloven dat het trehalose metabolisme in C. glabrata op een andere manier gereguleerd wordt. We ontdekten dat de trehalase inhibitor Validamycin A de groei van C. glabrata verhindert. Om verder uit te zoeken of de trehalase enzymen kunnen dienen als antifungaal drug doelwit focust deze thesis op de identificatie en karakterisering van de trehalase enzymen in C. glabrata: Nth1, Nth2 en Ath1.

De neutrale trehalases Nth1 en Nth2 zijn paralogen van elkaar, die aanwezig zijn omdat in C. glabrata het hele genoom zichzelf verdubbeld heeft. Het enige merkbare fenotype voor Nth2 waren de verminderde overlevingskansen in macrofagen voor mutanten waar NTH2 verwijderd is. Nth1 daartegenover, is veel belangrijker voor C. glabrata. Nth1 is belangrijk voor stress resistentie en de nth1∆  deletie stam heeft verminderde overlevingskansen in macrofagen. Onverwacht zorgt de deletie van NTH1 ook voor een verhoogde virulentie in een muis model voor systemische infectie. 

Het Nth1 enzym wordt zowel transcriptioneel als posttranslationeel geregeluleerd. De N-terminale regio, verantwoordelijk voor S. cerevisiae ScNth1 regulatie, is geconserveerd in C. glabrata: deze regio bevat 4 serines binnenin een PKA herkenningsmotief, de Bmh1(A) en Bmh1(B) bindingsplaatsen en een mogelijke bindingsplaats voor Ca2+. In C. glabrata binden Bmh1(A) en Bmh1(B) ook aan Nth1 en de fosforylatie van bijna alle fosforylatieplaatsen is geconserveerd. Bovendien werd nog een extra fosforylatieplaats van Nth1 geïdentificeerd in deze thesis. PKA, Ypk1, Sch9 en Cpk10 vormen interessante kandidaten, maar het dient verder onderzocht te worden welk enzym het verantwoordelijke kinase is. Verder vonden we goede indicaties dat zowel PP2A als calcineurine het fosfatase van Nth1 kan zijn.

Het zure trehalase Ath1 heeft geen functie in stress resistentie, noch in een muis model voor systemische infectie. Onverwacht is Ath1 in C. glabrata belangrijk voor het overleven in macrofagen. Ath1 heeft een erg hoge activiteit tijdens glucose deprivatie en zorgt voor de afbraak van extracellulair trehalose. Om dit laatste mogelijk te maken is Ath1 aanwezig aan de buitenkant van de cellen: in het periplasma en in extracellulaire vesikels. De extracellulaire afbraak van trehalose zorgt voor een bron van glucose voor de omliggende cellen. 

Deze thesis toont aan dat de trehalase enzymen belangrijk zijn voor stress resistentie, overleving in immuuncellen en voor extracellulaire trehalose afbraak. Gebaseerd op onze resultaten, stellen we voor een competitieve drug te zoeken die bindt aan de drie trehalases. De verwachting is dat dit voordelig kan zijn in het bestrijden van dodelijke C. glabrata infecties.