Identification of CaPRX1, A Member of Thioredoxin Peroxidase Family of Candida albicans

Abstract

Some pathogens such as Candida albicans and Cryptococcus neoformans are usually encountered with extracellular reactive oxygen species (ROS), especially when phgocytosed by host immune system. Those are expected to be equipped with various antioxidant molecules to cope with potentially destructive ROS. Despite the necessity of antioxidants, their presence has not been well studied in C. albicans, the most frequent opportunistic pathogen in humans. In this study, we identified a putative thioredoxin peroxidase named CaPRX1 and examined biochemical properties and probable biological roles in scavenging ROS. Both transcipts and proteins of CaPRX1 were expressed more in the stationary than the log phase of yeast cells. Also, a higher level of expression was observed in hyphae than yeast cells. A disruption mutant of CaPRX1 was constructed to define sensitivity to various oxidizing agents. It was sensitive to H2O2 and tert-butylhydroperoxide (tBHP) but not to diamide and menadione, indicating that H2O2 and tBHP are biological substrates for CaPrx1p. Together, our findings suggest that CaPRX1 is an antioxidant enzyme, but it may function differently from its relative thiol-specific antioxidant 1 (TSA1) of C. albicans and the counterpart of Saccharomyces cerevisiae ScPRX1, viewing from stage-specific expression, substrate specificity, localization during hyphal transition, and peroxidatic mechanism.;이형병원성 곰팡이인 캔디다 알비칸스는 면역능력이 저하된 면역저하증 환자의 생명을 위협하는 전신감염을 야기하는 기회 감염성 병원체로, thiol-specific antioxidant (TSA1) 이 과산화수소를 분해하는 효소로 그 기능이 밝혀져 있다. 기존 연구에서 CaTSA1외에 다른 항산화 효소가 더 존재하는지 알기 위해 Candida Genome Database에서 유사한 아미노산 서열을 찾은 결과, PRX1 유전자를 발견하였고 기능을 밝히고자 CaPRX1 결실 돌연변이종을 만들었다. 본 연구에서는 CaPRX1 결실 돌연변이종과 CaPrx1p에서 시스테인을 세린으로 대체한 돌연변이종을 이용하여 CaPRX1의 작용 기작과 항산화 능력을 증명하기 위한 실험을 행하였다. CaPrx1p의 발현은 성장기보다 정체기의 세포에서, 효모형보다 균사체형에서 더 많았다. CaPRX1 결실 변이종은 산화적 스트레스 상황에서 성장이 야생균주에 미치지 못하였으며 과산화수소에 의한 균사체 유도는 야생형보다 빠르게 나타났다. 또한 다양한 산화적 스트레스 중 과산화수소와 제 3차 부틸 과산화수소에 대해서 민감성을 나타냈으며 활성 산소 특이적인 형광염료를 이용한 실험 결과에서도 야생형에 비해 세포 내에 활성 산소를 더 많이 가지고 있는 것으로 나타났다. 또한 시스테인이 없는 CaPrx1p 역시 결실 변이종과 마찬가지로 세포 내 활성산소가 증가하는 것으로 보아 산화환원효소 기능에 시스테인이 중요한 요소임을 확인하였다. 따라서 CaPRX1은 캔디다 알비칸스의 또 하나의 항산화 유전자이지만 단계 특이적 발현과 기질 특이성, 항산화 기작에 있어 CaTSA1와 다른 양상을 보이는 것을 알 수 있다.