Hydrogen Peroxide Sensing and Signaling in Candida albicans

Abstract

Hydrogen peroxide (H2O2) functions as a ubiquitous intracellular messenger besides as an oxidative stress molecule. This dual role was based on the distinct cellular responses against different concentrations of H2O2. Previously, we demonstrated that both low (>1 mM) and high (4-10 mM) doses of exogenous H2O2 induce filamentation differentiation with distinct cell morphology and growth rate in Candida albicans, suggesting the involvement of different signaling pathways. In this study, we discovered that the sub-toxic and toxic levels of H2O2 indeed induced pseudohyphae, but not true hyphae. Supporting this, several hyphae-specific genes that are expressed in true hyphae induced by serum were not detected in either sub-toxic or toxic H2O2 condition. As an initial step to elucidate the downstream signaling network governed by H2O2 for the morphogenic transition of C. albicans, genome-wide transcriptome profiles of cells treated with 1 mM (sub-toxic), 10 mM (toxic) H2O2 and hyphae were analyzed using DNA microarrays. Ten/three, 270/151 and 53/19 genes were up-/down-regulated at 1 mM, 10 mM and hyphae, respectively. Under the sub-toxic condition, a small number of genes involved in cell proliferation and metabolism were up-regulated, whereas a large number of genes were up-regulated in the toxic condition where the genes required for growth and proliferation were selectively restricted. Functional categories of H2O2-regulated genes under the two conditions varied considerably, confirming the dual role of H2O2 at the molecular level. Sub-toxic transcriptional profile was similar to hyphae, which was used as reference to understand the expression pattern. Distinct from catalase and glutathione peroxidase, peroxiredoxin family members were included in the modulation cytokine-induced hydrogen peroxide levels mediate signaling cascades. In this study, we identified a putative peroxidase named PRX1 and examined biochemical properties, the only antioxidant that was consistently up-regulated in the sub-toxic H2O2 treated condition. The homozygous prx1Δ/prx1Δ mutant exhibited pseudohyphal differentiation even in the absence of H2O2. It was sensitive to tert-butylhydroperoxide (t-BOOH) and and less sensitive to H2O2, menadione and diamide, indicating that t-BOOH was a biological substrate for Prx1. The prx1Δ/prx1Δ mutant cells exhibited no delay in germ tube and hyphal formation once inside macrophage cells. All these properties contrasted to strains in which another antioxidant gene (either TSA1 or CAT1) was nullified. Transcripts of PRX1 were expressed more in the stationary than the log phase of yeast cells. A higher level of expression (~3 fold increase) was observed in hyphal than yeast cells. Interestingly, Prx1 was translocalized from the cytoplasm to the nucleus in hyphae cells, suggesting that it might perform other function specifically in hyphal cells. In this study, it was speculated that Prx1 might modulate the concentration of H2O2 at low doses or specific for pseudohyphae/hyphae.;산화 스트레스 분자로 외에 유비 쿼터스 세포내 메신저로 과산화수소 (H2O2) 함수. 이 이중 역할H2O2의 다른 농도에 대해 별개의 세포 응답에 기초했다. 이전에, 우리는 외인성H2O2 모두 (> 1 ㎜) 낮은 높이 (40-10 ㎜) 양이 서로 다른 신호 전달 경로의 참여를 제안, Candida albicans에 별개의 세포 형태 및 성장 속도와 filamentation의 분화를 유도 것을 보여주었다. 본 연구에서는, 우리는 참으로 유도된 pseudohyphae H2O2의 하위 독성 및 독성 수준을 발견하지만 사실 균사합니다. 이 지원, 혈청에 의해 유도된 사실 균사로 표현하는 여러 가지 균사 특정 유전자가 중 하위 독성 또는 독성H2O2 조건으로 감지되지 않았습니다. 1 ㎜ (하위 독성), 10 밀리미터 (독성) H2O2와 균사 대우 C.albicans, 세포의 게놈 전체의 transcriptome 프로필의 morphogenic 전환에 대한H2O2에 의거하여 하류 신호 전달 네트워크를 명료하게하다하는 초기 단계로 사용하여 분석했다 DNA는 microarrays. 열 / 3, 151분의 270과 19분의 53 유전자가 10 mm까지와 균사, 각각 1 ㎜에 up-/down-regulated했다. 하위 유독 조건, 세포 증식과 대사에 관여하는 유전자의 소수가 성장과 증식에 필요한 유전자가 선택적으로 제한했다 유독 조건으로 규제했다 유전자의 많은 반면, 상향 규제했다. 이 조건 하에서H2O2 - 규제 유전자의 기능 범주 분자 수준에서H2O2의 이중 역할을 확인, 상당히 다양. 서브 독성 transcriptional 프로필은이 표현식 패턴을 이해하는 참고 자료로 사용되던, 균사 유사했다. 카탈 라 아제 및 글루타티온 퍼옥시데이즈,와는 구분이 peroxiredoxin 가족 구성원에 포함되어 있던 변조 시토킨 - 과산화수소 레벨 캐스케이드 신호를 중재 온거에요. 본 연구에서는, 우리는 putative 퍼옥시데이즈가 PRX1라는 이름과 생화 학적 특성을 최대 - 서브 유독H2O2 처리 조건으로 규제를 지속적으로 유일한 항산화 조사 밝혀졌습니다. H2O2의 부재에도 homozygous prx1Δ/prx1Δ 돌연변이 전시되어 pseudohyphal 차별화. 그것은 예민 tert - butylhydroperoxide (t - BOOH) 및 덜H2O2, 메나 디온과 diamide, t - BOOH는 Prx1에 대한 생물 학적 기판 것을 나타냅니다에 민감합니다. prx1Δ/prx1Δ 돌연변이 세포가 배아 튜브와 대식 세포 세포 안으로 한 번 hyphal 형성에 지연을 전시하고 있습니다. 이러한 모든 속성은 다른 항산화 유전자가 (중 TSA1 또는 CAT1) nullified되었습니다 계통에 대조. PRX1의 사본이 효모 세포의 로그 단계보다 정치에 더 많은 표현했다. 표현의 높은 수준 (~ 3 배 증가) 효모 세포보다 hyphal에서 관찰되었다. 흥미롭게도, Prx1 그것은 hyphal 세포에 특별히 다른 기능을 수행할 수도 제안, 균사 세포에서 핵의 세포질에서 translocalized했다. 본 연구에서는, 그것은 Prx1은 낮은 복용에서H2O2의 농도 및 / 또는 균사 pseudohyphae 특정 보죠지도 모른다고 추측했다.