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Titelaufnahme

Titel
The monothiol glutaredoxin GrxD plays a crucial role in adaptation to iron starvation in Aspergillus fumigatus
VerfasserMair, Katharina
Betreuer / BetreuerinHaas, Hubertus
Erschienen2016
HochschulschriftInnsbruck, Univ., Masterarb., 2016
Anmerkung
Arbeit an der Bibliothek noch nicht eingelangt - Daten nicht geprüft
Datum der AbgabeMai 2016
SpracheEnglisch
DokumenttypMasterarbeit
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-3939 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
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The monothiol glutaredoxin GrxD plays a crucial role in adaptation to iron starvation in Aspergillus fumigatus [3.72 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Eisen ist ein essenzieller, aber in großen Mengen auch zellschädigender Stoff. Daher haben Pilze besondere Anpassungen entwickelt, um ihren Eisenhaushalt zu regulieren. In den meisten Pilzen, unter anderem in Aspergillus-Arten wird die Eisenhomöostase mittels der Transkriptionsfaktoren SreA und HapX reguliert, die in einem negativen Feedback-loop auf Transkriptebene miteinander interagieren. Aspergillus fumigatus, ein verbreiteter, aerogen übertragbarer und pathogener Pilz produziert zwei Typen von Siderophoren für die Eisenaufnahme: Triacetylfusarinin C (TAFC) für die Mobilisierung von extrazellulärem Eisen und Ferricrocin (FC) für den intrazellulären Transport und die Speicherung von Eisen. Neben den Eisen-sensitiven Transkriptionsfaktoren wurde kürzlich in Saccharomyces cerevisiae and Schizosaccharomyces pombe ein weiterer möglicher Hauptakteur der Eisenhomöostase identifiziert. In diesen Arten, wurde gezeigt, dass zytosolisch-nukleäre Multidomänen-Glutaredoxine eine essenzielle Rolle in der intrazellulären Eisen-Signalübertragung durch Interaktion mit Eisenregulatoren, dem Eisentransport und der Reifung von Fe-S-Proteinen spielen. Ein Ziel dieser Arbeit war, die Rolle von Glutaredoxin GrxD (Afu2g14960) in A. fumigatus in der Eisenhomöostase aufzuklären. Wir zeigen hier, dass die Deregulierung mittels induzierbarem Xylanase-Promotor (xylP) kombiniert mit der N-terminale Trunkierung des grxD-Gens zu Wachstums-Beeinträchtigung führt, was wiederum die Erkenntnis unterstreicht, dass grxD ein essenzielles Gen in A. fumigatus darstellt (Nicola Beckmann, nicht veröffentlicht). Hervorzuheben ist, dass der Wachstumsdefekt von grxD19c partiell kompensiert werden konnte durch die Zugabe von hohen Mengen an Eisen, was die Rolle von GrxD in der Eisenhomöostase unterstreicht. Dies wird auch durch den Defekt von grxD19c in der Repression der Protoporphyrin IX-Produktion unter Eisenmangel verdeutlicht. Darüber hinaus war die grxD-Expression unter Eisenmangel deutlich erhöht. Außerdem, haben wir eine Suppressormutation identifiziert, die sreA inaktiviert, was wiederum zur konstitutiven Eisenaufnahme und der partiellen Kompensation des Wachstumsdefekts unter Eisenmangel führt. Expression des Volllängen-grxD unter dem xylP-Promotor erzielte Wildtyp-ähnliches Wachstum, auch unter den Promotor reprimierenden Bedingungen. Dies weist darauf hin, dass geringe Mengen an GrxD ausreichend sind, um die volle Funktion im Eisenmetabolismus auszuführen und unterstreicht die Bedeutung des N-Terminus für die GrxD-Funktion. Die C-terminale Kopplung von grxD an das Fluoreszenz-Reportergen Venus zeigte bei Eisensättigung eine Lokalisierung von GrxD in Zytosol und Nucleus.

Zusammenfassend deuten das grxD-Expressionsmuster, die Wachstumsdefekte und die Protoporphyrin IX-Akkumulation, bedingt durch die Kombination aus grxD-Deregulierung, die N-terminale Trunkierung und die genetische Interaktion zwischen grxD und sreA auf eine bestimmte Rolle von GrxD in der Anpassung an Eisenmangel hin.

Zusammenfassung (Englisch)

Iron is essential, but excessive amounts can lead to cell-damaging reactive oxygen species. Therefore fungi have evolved special adaptations to maintain iron homeostasis. In most fungal species including Aspergilli, maintenance of iron homeostasis is mediated by the two main regulators SreA and HapX, which are interconnected in a negative transcriptional feedback loop. Aspergillus fumigatus, the most common airborne fungal pathogen, produces two main types of siderophores for iron-uptake: the extracellular siderophore triacetylfusarinine C (TAFC) for mobilization of extracellular iron and the intracellular siderophore ferricrocin (FC) for distribution and storage of iron. Besides regulation of iron homeostasis via the iron-sensitive transcription factors, another putative key-player has been recently identified in Saccharomyces cerevisiae and Schizosaccharomyces pombe. In these fungi, cytosolic/nuclear multidomain glutaredoxins (Grxs) were shown to play essential roles in intracellular iron sensing via interaction with iron regulators, iron trafficking and the maturation of Fe-S cluster proteins.

One goal of this study was to elucidate the potential role of A. fumigatus glutaredoxin GrxD (Afu2g14960) in iron homeostasis. We show that downregulation via the inducible xylP-promoter combined with N-terminal truncation of grxD leads to impairment of growth, underlining the finding of Nicola Beckmann that grxD is essential for A. fumigatus (unpublished). Noteworthy, the growth of this mutant could be partly rescued by high iron supplementation underlining a role of GrxD in iron homeostasis with particular importance during iron starvation. This role is further supported by defects of the grxD19c strain in repression of protoporphyrin IX production during iron starvation. In line, grxD expression was found to be significantly increased during iron starvation. Moreover, we identified and characterized a suppressor mutation, which partly rescued the growth defect of grxD19c mutant during iron starvation but increased its growth defect during iron excess. The suppressor mutation was found to inactivate sreA, the gene encoding a main iron regulator, which resulted in increased uptake of iron explaining the partial compensation of the growth defect under iron starvation. Full-length grxD under the control of the xylP-promoter displayed wt-like behavior, even under xylP-repressing conditions, which indicates that low levels of GrxD are sufficient to fulfill its function in iron metabolism and underline the importance of the N-terminus in GrxD function. C-terminal tagging of GrxD with the fluorescent protein Venus demonstrated the localization of GrxD during iron sufficiency in the cytosol and the nucleus.

Taken together, the grxD expression pattern, the growth defects and protoporphyrin IX accumulation caused by combinatorial grxD downregulation with N-terminal truncation and the genetic interaction between grxD and sreA indicate a particular role of GrxD in adaptation to iron starvation.