Candida albicans

178 Pages·2013·4.86 MB·English

Regulation of virulence‐associated traits of the  
human fungal pathogen Candida albicans by nitrogen availability 

Regulation Virulenz‐assoziierter Faktoren im humanpathogenen Pilz 
Candida albicans durch Stickstoffverfügbarkeit 

Doctoral thesis for a doctoral degree 
at the Graduate School of Life Sciences (GSLS), 
University of Würzburg 
Section: Infection and Immunity 

Submitted by 
Nico Dunkel 
from Dresden, Germany 

Würzburg, 2013

Submitted on:  

Members of the Supervisory Committee: 

Chairperson: Prof. Dr. Thomas Dandekar 
  Primary Supervisor:   Prof. Dr. Joachim Morschhäuser 
  Supervisor (Second):  Prof. Dr. Sven Krappmann 
  Supervisor (Third):   Prof. Dr. Roy Gross 
  Supervisor (Fourth) (if applicable): 

Date of Public Defense: 
Date of receipt of Certificate: 

Eingereicht am:  

Mitglieder des Promotionskomitees: 

Vorsitzender: Prof. Dr. Thomas Dandekar 
1. Gutachter:   Prof. Dr. Joachim Morschhäuser 
2. Gutachter:   Prof. Dr. Sven Krappmann 
3. Gutachter:   Prof. Dr. Roy Gross 
4. Gutachter (falls zutreffend): 

Tag des Promotionskolloqiums:  
Doktorurkunde ausgehändigt am:
Affidavit 

I hereby confirm that my thesis entitled “Regulation of virulence‐associated traits of the 
human fungal pathogen Candida albicans by nitrogen availability” is the result of my own 
work. I did not receive any help or support from commercial consultants. All sources and/or 
materials applied are listed and specified in the thesis 
Furthermore,  I  confirm  that  this  thesis  has  not  been  submitted  as  a  part  of  another 
examination process neither in identical nor similar form.  

Würzburg, 15 July, 2013          Nico Dunkel 

Eidesstattliche Erklärung 

Hiermit erkläre ich an Eides statt, die Dissertation „Regulation Virulenz‐assoziierter Faktoren 
im humanpathogenen Pilz Candida albicans durch Stickstoffverfügbarkeit“ eigenständig, d.h. 
insbesondere  selbständig  und  ohne  Hilfe  eines  kommerziellen  Promotionsberaters, 
angefertigt und keine anderen als die von mir angegebenen Quellen und Hilfsmittel verwndet 
zu haben.  
Ich erkläre außerdem, dass die Dissertation weder in gleicher noch in ähnlicher Form bereits 
in einem anderem Prüfungsverfahren vorgelegen hat.  

Würzburg, 15 Juli 2013          Nico Dunkel
Acknowledgments 

Hereby I express my deep sense of gratitude to my doctoral supervisor Prof. Dr. Joachim 
Morschhäuser for his sublime guidance and paramount support. I also deeply thank the 
members of my Supervisory Committee, Prof. Dr. Sven Krappmann and Prof. Dr. Roy Gross, 
for  their  supportive  suggestions  and  valuable  help  during  my  dissertation.  Moreover,  I 
gratefully appreciate the affiliation at the Institute for Molecular Infection Biology, under 
direction of Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Jörg Hacker and Prof. Dr. Jörg Vogel, which gave me the 
chance to discuss and socialize with remarkable scientists. Further I thank the Graduate School 
of Life Sciences (GSLS) for providing an excellent research and education environment that 
strongly promoted my scientific skills.  
I am also indepted to Tina Schäfer, who thoroughly helped me with the mouse experiments, 
and Dr. Oliver Reuss, Dr. Christoph Sasse, Renate Franz, and Tobias Hertlein, who generated 
the peptide transporter mutant strains.  
Moreover, I owe special thanks to Prof. Dr. Martine Raymond and her group at the IRIC 
(Institute for Research in Immunology and Cancer), Université de Montréal, Canada, for the 
unique chance to perform ChIP‐on‐chip experiments and the wonderful time I had. Especially, 
I cherish the exceptional supervision by Sandra Weber and the pleasing conversations with 
Fatiha Louhichi.  
I further yield thanks to all former and present members of the Candida working group who 
accompanied  my  dissertation,  particularly  (in  alphabetical  order)  Anna‐Lena,  Benjamin, 
Bernardo, Christa, Christina, Christoph, Dagmar, Eva, Fatima, Heide, Irene, Jens, Julia, Kristina, 
Michael, Sabrina Schneider, Sabrina Schubert, Selene, Srisuda, Sven, Tina, and Rebecca for a 
splendid time in and outside the laboratory.  
I feel also blessed to have such a wonderful family behind myself, who supported me 
financially and mentaly during the ups and downs of my PhD thesis.  
From the bottom of my heart I thank my magnificient fiancée Lisa for her love and patience 
with me over the years.
Danksagung 

Hiermit  drücke  ich  meine  tiefste  Dankbarkeit  gegenüber  meinem  Doktorvater  Prof.  Dr. 
Joachim Morschhäuser aus, für seine großartige Anleitung und hervorragende Unterstützung. 
Ich danke weiterhin meinen Komiteemitgliedern, Prof. Dr. Sven Krappmann and Prof. Dr. Roy 
Gross, für ihre unterstützenden Vorschläge und wertvolle Hilfe während meiner Promotion. 
Des Weiteren schätze ich die Zugehörigkeit am Institut für Molekulare Infektionsbiologie, 
unter der Leitung von Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Jörg Hacker and Prof. Dr. Jörg Vogel, welches mir 
die  Chance  ermöglichte  aussergewöhnliche  Wissenschaftler  kennenzulernen.  Ausserdem 
danke ich der Graduate School of Life Sciences (GSLS) für die Bereitstellung einer exzellenten 
Forschungs‐  und  Bildungsumgebung,  welche  meine  wissenschaftlichen  Fähigkeiten  stark 
gefördert haben.  
Zu  großem  Dank  verpflichtet  bin  ich  auch  Dr.  Tina  Schäfer  für  die  tolle  Hilfe  bei  der 
Durchführung der Mausexperimente und Dr. Oliver Reuss, Dr. Christoph Sasse, Renate Franz 
und Tobias Hertlein, für die Herstellung der Peptidtransportermutanten.  
Insbesondere danke ich Prof. Dr. Martine Raymond und ihrer Arbeitsgruppe am IRIC (Institute 
for Research in Immunology and Cancer), Université de Montréal, Kanada, für die einmalige 
Möglichkeit ChIP‐on‐chip Experimente durchzuführen und für die wundervolle Zeit. Spezielle 
Wertschätzung gilt dabei der außergewöhnlichen Betreuung durch Sandra Weber und den 
angenehmen Gesprächen mit Fatiha Louhichi. 
Besonderer  Dank  gilt  auch  allen  ehemaligen  und  aktuellen  Mitgliedern  der  Candida‐
Arbeitsgruppe,  die  mich  während  meiner  Promotion  begleitet  haben,  speziell  (in 
alphabetischer Reihenfolge) Anna‐Lena, Benjamin, Bernardo, Christa, Christina, Christoph, 
Dagmar, Eva, Fatima, Heide, Irene, Jens, Julia, Kristina, Michael, Sabrina Schneider, Sabrina 
Schubert, Selene, Srisuda, Sven, Tina, und Rebecca für eine blendende Zeit innerhalb und 
außerhalb des Labors.  
Zu guter Letzt fühle ich mich gesegnet eine solch wundervolle Familie zu haben, die mich 
immer, sowohl finanziell als auch mental während aller Hochs und Tiefs meiner Promotion, 
unterstützt haben.  
Aus tiefstem Herzen danke ich meiner großartigen Verlobten Lisa für ihre Liebe und ihre 
Geduld mit mir über die Jahre.
Dedicated to my parents 

Gewidmet meinen Eltern
Created with www.wordle.net
Content 
Summary 
Zusammenfassung 
1  Introduction ........................................................................................................................ 1 
1.1  Candida albicans .......................................................................................................... 2 
1.2  Genetics ....................................................................................................................... 3 
1.3  Drug resistance ............................................................................................................ 5 
1.4  Adherence .................................................................................................................... 6 
1.5  Biofilm formation ......................................................................................................... 6 
1.6  Morphogenesis ............................................................................................................ 7 
1.7  Secreted hydrolytic enzymes ..................................................................................... 11 
1.8  Stress response .......................................................................................................... 16 
1.9  Metabolic adaption ................................................................................................... 18 
1.10  Nitrogen regulation ................................................................................................ 19 
1.11  Aim of this study .................................................................................................... 28 
2  Results .............................................................................................................................. 29 
2.1  Stp1, a transcriptional regulator required for growth on proteins ........................... 29 
2.1.1  Construction of the HA‐tagged transcriptional regulator Stp1 .......................... 29 
2.1.2  HA‐tagged Stp1 is a functional transcription factor ........................................... 30 
2.1.3  Genome‐wide binding of Stp1‐HA to target sequences .................................... 31 
2.2  Sap2, a major secreted aspartic protease ................................................................. 37 
2.2.1  Protease dependent growth on proteins as sole nitrogen source .................... 37 
2.2.1.1  Growth of different sap mutants with BSA as sole nitrogen source .......... 37 
2.2.1.2  DSY459 is homozygous for chromosome R ................................................ 39 
2.2.1.3  Reintroduction of the SAP2‐2 allele restored growth of DSY459 ............... 42 
2.2.1.4  Homozygosity for chromosome R and SAP2‐1 is sufficient to result in a 
growth defect with proteins as sole nitrogen source .................................................. 45
2.2.1.5  Lack of the SAP2‐2 allele is sufficient to result in a growth defect with 
proteins as sole nitrogen source .................................................................................. 46 
2.2.2  SAP2 promoter deletion analysis ....................................................................... 49 
2.2.2.1  Defining SAP2 regulatory sequences .......................................................... 50 
2.2.2.2  SAP2 expression analysis ............................................................................ 51 
2.2.2.3  SAP2‐2 is induced earlier and better than SAP2‐1 ...................................... 51 
2.2.2.4  Construction of deleted SAP2‐1 promoters ................................................ 53 
2.2.2.5  Construction deleted SAP2‐2 promoters .................................................... 56 
2.2.2.6  SAP2 expression is controlled by distinct promoter elements ................... 59 
2.2.2.7  SAP2 expression is induced independent of Stp1 ...................................... 63 
2.3  Transporter‐mediated peptide uptake ...................................................................... 65 
2.3.1  Growth on amino acids as sole nitrogen source ................................................ 66 
2.3.2  Contribution of different transporters to the growth with BSA as sole nitrogen 
source   ............................................................................................................................ 67 
2.3.3  Contribution of different transporters to the growth with defined peptides as 
sole nitrogen source ......................................................................................................... 68 
2.3.4  Growth rate determination ................................................................................ 72 
2.3.5  Impact of peptide‐uptake deficiency on in vitro fitness .................................... 73 
2.3.6  Impact of peptide‐uptake deficiency on in vivo fitness ..................................... 75 
2.4  Control of the expression of virulence‐associated traits by ammonium .................. 77 
2.4.1  Various ammonium concentrations repress Sap2 expression to various degrees 
   ............................................................................................................................ 77 
2.4.2  Ammonium uptake is required to repress SAP2 expression .............................. 79 
2.4.3  Ammonium uptake is required to repress OPT3 expression ............................. 82 
2.4.4  Ammonium uptake is required to repress DAL1 and DUR3 expression ............ 84 
2.4.5  Ammonium uptake is required to repress arginine‐induced filamentation ...... 86