Biochemie des humanpathogenen Pilzes Aspergillus fumigatus: Untersuchungen der Interaktion des Acetat- und Propionatstoffwechsels
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt wurden grundlegende Erkermtnisse zum Propionat- und Acetatstoffwechsel filamentöser Pilzen gewonnen. Hierbei lag ein besonderer Schwerpunkt auf dem Propionatstoffwechsel, der in filamentösen Pilzen bislang weitgehend unbekannt war. Da Propionat als Konservierungsmittel von Lebens- und Futtermitteln eingesetzt wird, Pilze aber dermoch auf Propionat als einziger Kohlenstoff- und Energiequelle wachsen können, wurde dieser Widerspruch detailliert untersucht. Hierbei zeigte sich, dass die intrazelluläre Anreicherung von Propionyl-CoA toxisch für Pilze ist, da dieses Intermediat einen direkten negativen Einfluss auf den Primär- und Sekundärstoffwechsel ausübt. Da Propionyl-CoA auch beim Abbau ungeradzahliger Fettsäuren und einiger Aminosäuren entsteht, wurde weiterhin untersucht, welchen Einfluss die Anreicherung von Propionyl-CoA auf die Virulenz von A. fumigatus besitzt. Hierfür wurde eine Methylcitratsynthase Mutante generiert, deren Virulenz in murinen Infektionsmodellen deutlich abgeschwächt war, was darauf hinweist, das Proteine und Peptide als Nährstoffquelle in der Infektionsphase genutzt werden. Daher könnte eine gezielte Unterbrechung des Methylcitratzyklus auch die Überlebenschancen von Patienten mit invasiver Aspergillose erhöhen. Um einen gezielten Inhibitor zu finden, müssen jedoch weitere Experimente angeschlossen werden. Zusätzlich konnten auch weitere enzymatische Reaktionen, wie die der Methylisocitratlyase, detailliert charakterisiert werden. Dieses Enzym scheint direkt aus der pilzlichen Isocitraflyase hervorgegangen zu sein, besitzt aber eine andere Substratspezifität und weder die Isocitratlyase noch die Methylisocitratlyase kann das jeweils andere Enzym ersetzen. Hinsichtlich der Isocitraflyase wurde allerdings ein überraschendes Ergebnis erzielt. Untersuchungen an einigen pathogenen Mikroorganismen zeigten, dass dieses Enzym essentiell für eine effiziente Wirtsinfektion ist. Das dies auch für A. fumigatus gelten könnte, wurde aus Untersuchungen angenommen, in denen die Isocitratlyase in phagozytierten Konidien nachgewiesen werden konnte. Untersuchungen in einem murinen Infektionsmodell zeigten jedoch, dass dieses Enzym nicht für die Etablierung einer invasiven Aspergillose notwendig ist, was die gegen die ausschließliche Verwertung von Lipiden in der Infektionsphase spricht. Letztendlich konnte gezeigt werden, dass Acetat und Propionat nicht gemeinsam als Konservierungsmittel eingesetzt werden sollten. Über eine CoA-transferase kaim der CoA-Rest von toxischem Propionyl-CoA direkt auf Acetat übertragen werden. Daher reichert sich auf Acetat/Propionat nahezu kein toxisches Propionyl-CoA an, wodurch die Wirkung von Propionat, zumindest teilweise, aufgehoben wird.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2004) On the mechanism of action of the antifungal agent propionate: Propionyl-CoA inhibits glucose metabolism in Aspergillus nidulans. Eur. J. Biochem. 211: 3227-3241
Brock M., and Buckel W.
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(2005) Generation and phenotypic characterization of Aspergillus nidulans methylisocitrate lyase deletion mutants: Methylisocitrate inhibits growth and conidiation. Appl. Environ. Microbiol. 71: 5465-5475
Brock M.
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(2005) Methylcitrate synthase from Aspergillus fumigatus: Propionyl-CoA affects polyketide synthesis, growth and morphology of conidia. FEBS J. 272: 3615-3630
Maerker C., Rohde M., Brakhage A.A., Brock M.
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(2006) Analysis of the regulation, expression and localisation of the isocitrate lyase from Aspergillus fumigatus, a potential target for antifungal drug development. Fung. Genet. Biol. 43: 476-489
Ebel F., Schwienbacher M., Beyer J., Heesemann J., Brakhage A.A., Brock M.
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(2007) Aspergillus fumigatus does not require fatty acid metabolism via isocitrate lyase for development of invasive aspergillosis. Infect. Immun. 75: 1237-1244
Schöbel F., Ibrahim-Granet O., Ave P., Latge J-P., Brakhage A.A., Brock M.
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(2008) Characterization of an acyl-CoA:carboxylate CoA-transferase from Aspergillus nidulans involved in propionyl-CoA detoxification. Mol. Microbiol.; 68:642-56
Fleck C.B., Brock M.
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(2008) Methylcitrate synthase from Aspergillus fumigatus is essential for manifestation of invasive aspergillosis. Cell. Microbiol.; 10(1):134-48
Ibrahim-Granet O., Dubourdeau M., Latge J-P., Ave P, Huerre M., Brakhage A.A., Brock M.
