Untersuchungen zum Fettsäure- und Propionatmetabolismus in Candida albicans

Otzen, Christian

This doctoral thesis deals with the elucidation of different aspects of fatty acid and propionate metabolism of the opportunistic humanpathogenic yeast C. albicans. A phenotypic characterisation of deletion mutants of the 3-ketoacyl-CoA thiolases from C. albicans (CaPOT1, CaFOX3, CaPOT13) were characterised by growth analyses at incubation temperatures of 30°C and 37°C. The results showed that CaPOT1 is the keto-thiolase that is essential for the growth of C. albicans, in case fatty acids are the only available carbon source. In contrast, a deletion of CaFOX3 affects growth mainly at elevated temperatures. Deletion of CaPOT13 revealed no growth defects. Phylogenetic analysis of the 3-keto-acyl-CoA thiolase family implicated that CaPOT13 might depict a relict from an ancestral mitochondrial β-Oxidation The main focus of this work was the elucidation of a degradation pathway for toxic propionyl-CoA in C. albicans, i.e. the modified β-oxidation. starts with the transformation of propionyl-CoA to acrylyl-CoA and subsequently to 3-hydroxypropionyl-CoA by enzymes of the peroxisomal β-oxidation, including CaFox2p. 3-Hydroxypropionyl-CoA is transported into mitochondria where the CoA-ester is hydrolysed by the putative hydrolase CaEhd3p, thereby yielding 3-hydroxypropionate. This compound is converted to malonyl semialdehyde by the 3-hydroxypropionate dehydrogenase CaHpd1p and subsequently oxidised to Acetyl-CoA and CO2 by the putative aldehyde dehydrogenase CaAld6p. The modified β-oxidation was shown to contribute to the virulence of C. albicans in an infection model of disseminated candidiasis. Both aspects of this study provide substantial contributions to the understanding of the physiology of C. albicans. In regard to previous results by other authors, these aspects provide new perspectives for future research on commensalism and virulence of this opportunistic pathogen.

Die vorliegende Dissertationsschrift behandelt gemeinsame und voneinander verschiedene Aspekte von Fettsäure- und Propionatkatabolismus des opportunistisch humanpathogenen Hefepilzes Candida albicans. Mittels einer phänotypischen Charakterisierung von Gendeletionsmutanten der drei putativen 3-Ketoacyl-CoA-Thiolasen von C. albicans (CaPOT1, CaFOX3, CaPOT13) wurde deren individueller Beitrag zur β-Oxidation untersucht. Den Ergebnissen zufolge ist das Gen CaPOT1 essentiell für die Verwertung von gesättigten und ungesättigten Fettsäuren. Dem Gen des putativen Isoenzyms CaFOX3 wurde eine unterstützende Funktion des Fettsäurekatabolismus bei höheren Temperaturen zugeschrieben. Für CaPOT13 konnte keine essentielle Funktion für den Metabolismus dargestellt werden. Eine phylogenetische Analyse unter Einbeziehung von 3-Ketoacyl-CoA-Thiolasen anderer filamentöser Pilze legte die Vermutung nahe, dass CaPOT13 möglicherweise ein evolutionäres Relikt darstellt und früher an einem mitochondrialen Stoffwechselweg zur Fettsäureoxidation beteiligt war. Der Hauptteil dieser Arbeit bestand in der Untersuchung der modifizierten β-Oxidation bei C. albicans. Dieser Stoffwechselweg dient dem Abbau von toxischem Propionyl-CoA und verbindet Enzyme der peroxisomalen β-Oxidation mit spezifischen mitochondrialen Enzymen. Damit wurde die Existenz eines dritten Abbauweges für Propionyl-CoA, neben dem Methylcitratzyklus und dem Methylmalonyl-CoA-Weg, bestätigt. Die Unterbrechung der modifizierten β-Oxidation durch eine CaHPD1-Deletion resultierte in einer signifikanten Verminderung der Virulenz von C. albicans im murinen Infektionsmodell für disseminierte Candidiasis. Daher ist anzunehmen, dass der Abbau von Propionyl-CoA eine wichtige Funktion zur Etablierung systemischer Infektionen mit diesem Pilz darstellt. Im Hinblick auf neuere Untersuchungen zur kommensalen Lebensweise von C. albicans könnte der modifizierten β-Oxidation auch in dieser Hinsicht eine besondere Rolle zukommen.

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Otzen, Christian: Untersuchungen zum Fettsäure- und Propionatmetabolismus in Candida albicans. 2015.

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