Mecanismos moleculares que regulan la asimetría y citocinesis durante el desarrollo hifal de cándida albicans

Zusammenfassung

El hongo patógeno oportunista Candida albicans puede activar diferentes programas de diferenciación que le confieren distintas características a su forma de crecimiento y fisiología, las cuales son importantes para su adaptación al nicho y su capacidad de virulencia. Uno de estos programas de diferenciación es la transición levadura-hifa, durante la cual ciertos estímulos ambientales (Temperatura, pH, presencia de suero, Tensión de O2), activan una serie de rutas de señalización que terminan en al menos seis factores retranscripción: Efg1, Cph1, Cph2, Tec1, Rim101 y Czf1. Dichos factores activan la transcripción de los conocidos como genes específicos de hifas (HSGs). La expresión de dichos genes, está también regulada negativamente, por los represores Tup1, Nrg1, Rpg1, Rbf1. La activación del crecimiento hifal le confiere al organismo una serie de características bien diferenciadas del crecimiento levaduriforme. Las levaduras se dividen por gemación dando lugar a dos células totalmente independientes después de la citocinesis y la separación celular. Mientras que las hifas crecen formando filamentos alargados similares en diámetro en toda su extensión. Las células se dividen, pero no se da separación celular, por lo que se forman estructuras multicelulares. En dichas estructuras los anillos de septinas (compuestos por Cdc3, Cdc10, Cdc11, Cdc12 y Sep7) quedan ensamblados en forma de doble anillo a la altura de cada septo en el interior del tubo. Mientras que en lavaduras los anillos de septinas son desensamblados al final de cada ciclo. Además el micelio crece asimétricamente, ya que las células subapicales quedan detenidas en el ciclo celular en la fase G1, mientras que la célula apical se divide. En este trabajo nos propusimos analizar la existencia de asimetría espacial en la activación transcripcional de los HSGs, que mecanismos la llevan a cabo, si ese fuera el caso, y su importancia en la generación de la asimetría en el crecimiento del micelio del hongo. Además nos propusimos identificar nuevos reguladores importantes en la citocinesis durante el desarrollo hifal de C. albicans. En lo que respecta a la simetría: Este trabajo muestra que los HSGs: ECE1 y HWP1, se expresan de forma asimétrica en la hifa, ya que lo hacen principalmente en la célula apical. Y que esta asimetría no puede ser explicada por la activación transcripcional asimétrica de ninguna proteína morfogenética implicada en su regulación. Para explicar la asimetría nosotros postulamos la existencia de un gradiente de algún factor de transcripción que aumenta hacia el ápice hifal creado mediante un sistema de transporte activo de su ARNm. Para demostrarlo pusimos de manifiesto la necesidad de un citoesqueleto de actina intacto para la expresión de ECE1. Así como la existencia de un complejo proteico formado por las proteínas Myo2 y She3, que es capaz de interaccionar con el ARNm del represor ASH1. Constituyendo un sistema de transporte de ARNm análogo al que existe en Saccharomyces cerevisiae. Junto a estos datos, un trabajo reciente (Elson, S. et al. Plos Genetics (2009) 5 (9)), describe un sistema de que transporte, en el que al menos 40 transcritos son identificados. Entre ellos aparece el ARNm de BCR1. Bcr1 es un factor de transcripción implicado en la formación de biofilms, y que controla la expresión de las adhesinas ALS1,3 así como ECE1 y HWP1.Por lo que podría explicar la expresión asimétrica de dichos genes en el ápice hifal. En lo que respecta a los reguladores de la citocinesis: Identificamos un ortólogo en la base de datos de C. albicans de la proteína Rts1 de S. cerevisiae. Dicha proteína es una de las subunidades reguladoras del complejo fosfatasa PP2A. Y en esta levadura está implicada en la regulación en la dinámica de los anillos de septinas a lo largo del ciclo celular. Nosotros mostramos que la proteína de fusión Rts1-Yfp se localiza en el núcleo a lo largo de todo el ciclo celular y que después de la rotura del #spindle#, durante la contracción del anillo de actomiosina se transloca al plano de división temporalmente. Ello ocurre tanto en levaduras como en hifas. Además está localización se claramente asimétrica durante el crecimiento levaduriforme, ya que la proteína permanece durante más tiempo en la cara del cuello perteneciente a la nueva yema. Además mostramos que la organización de los anillos de septinas es defectuosa en células mutantes que no cuentan con dicha proteína. En levaduras, al comienzo de la citocinesis el collar de seotinas existente cambia de conformación para dar lugar a un doble anillo. En las levaduras del mutante nulo ¿rts1, el doble anillo es asimétrico, ya que el que queda en la célula hija es de mayor diámetro. El mayor diámetro del anillo se correlaciona con un mayor tamaño de la yema con respecto a las yemas de la cepa silvestre, así como con un mayor ratio Hija/Madre. Este mutante, como ocurre con el de ¿rts1 de S. cerevisiae, es incapaz de desensamblar los anillos de septina al final del ciclo celular. Por lo que son observables varios anillos ensamblados en las células que hayan sufrido más de una división. Por otra parte, en hifas, el mutante ¿rts1 no parece tener ningún defecto en el inicio del crecimiento filamentoso. Pero después de la formación del primer septo, muestra una activación de la gemación lateral prematura. Junto a esto se observan otros defectos morfológicos, como engrosamientos y constricciones a lo largo del tubo germinativo. Estos defectos morfológicos se corresponden con estructuras aberrantes de septinas. Los dobles anillos son incapaces de formarse correctamente, dando lugar a estructuras helicoidales. Además aparecen anillos formados por barra orientados paralelamente al eje longitudinal hifal, nunca ante descritos en este hongo, pero que se asemejan a estructuras de septinas descritas en hongo filamentosos Ahsbya gossypii. Los defectos en la organización de las septinas parecen estar relacionados con al fosforilación de la septina Sep7, cuya regulación postraduccional es importante en el control de la citocinesis y separación celular tanto de C. albicans, como de S. cerevisiae. El mutante nulo ¿rts1 acumula formas hiperfosforiladas de Sep7 tanto en levaduras como en hifas, pero no parece afectar la fosforilación de las otras septinas (Cdc3, Cdc10, Cdc11, Cdc12); ni a la estequiometría del complejo formado por todas ellas. Para confirmar que los defectos observados se deben a los niveles de fosforilación de Sep7 en ¿rts1. Demostramos que RTS1 y SEP7 interaccionan genéticamente, ya que el doble mutante restablece el crecimiento hiperpolarizado, sin abultamientos ni constricciones típico de las hifas de C. albicans. Pero, de manera interesante el doble mutante no revierte la formación de yemas laterales del mutante ¿rts1, aunque dichas yemas se han trasformado en ramas con el crecimiento hiperpolarizado de la hifas. Por último Rts1 parece ser importante en la correcta segregación del material nuclear duplicado, ya que en crecimiento levaduriforme, aparecen células con dos núcleos. Cuyo material genético ha sido duplicado, pero no se ha producido la segregación. Este fenotipo se ve incrementado en el doble mutante ¿rts1/ ¿sep7.