Candida albicans gene mistranslation as a modulator of host-pathogen interaction and pathogenesis

Abstract

Candida albicans is the major fungal pathogen in humans, causing diseases ranging from mild skin infections to severe systemic infections in immunocompromised individuals. The pathogenic nature of this organism is mostly due to its capacity to proliferate in numerous body sites and to its ability to adapt to drastic changes in the environment, such as pH, oxidative stress, temperature and osmolarity. C.albicans exhibit a unique translational system, decoding the leucine-CUG codon ambiguously as leucine (3%) and serine (97%), using a novel serine tRNA (tRNACAG Ser). That is aminoacylated by Seryl-tRNA synthetase (SerRS) and the LeucyltRNA synthetase (LeuRS). Exposure of C. albicans to macrophages, oxidative and pH stress and antifungals increases Leu misincorporation levels from 3% to 15%, suggesting that C. albicans could regulate mistranslation levels. The aim of this study was to identify molecules and pathways involved in the regulation of this genetic code ambiguity, and ultimately contribute to better understand this unique translational process. To accomplish this, the levels of the SerRS and LeuRS were determined under different physiological conditions, using a GFP sensor where the GFP opening reading frame was fused to the promoters of the SerRS and LeuRS genes (caSES1 and caCDC60 respectively). The data revealed that increased Leu incorporation at CUG codons is associated with higher LeuRS/SerRS ratio. To identify putative regulators (kinases and transcription factors (TF)) of SerRS and LeuRS expression, C. albicans kinase and TF knockout (KO) strains were transformed with the sensor and the expression of both aaRSs was quantified. Our data allowed us to identify the Transcription Factors Rph2 and Hap31 and Cbk1 kinase as putative regulators of the expression of both SerRS and LeuRS.

Candida albicans é o principal fungo patogénico humano, causador de doenças, que vão desde pequenas infeções superficiais até infeções sistémicas graves, principalmente em indivíduos com deficit imunitário. A natureza patogénica deste organismo deve-se principalmente à sua capacidade de proliferar em numerosos orgãos e à sua capacidade de adesão às mucosas, resistindo a variações de pH, stress oxidativo e à temperatura. A C. albicans exibe um sistema de tradução único, descodificando o codão CUG de forma ambígua como leucina (3% dos codões) e serina (97%dos codões), usando um tRNA híbrido (tRNACAG Ser) que é aminoacilado pelas aminoacil-tRNA sintetases de Leucina (LeuRS) e Serina (SerRS). A exposição de C. albicans a macrófagos, stress oxidativo, variações de pH/osmolaridade e a antifúngicos aumenta os níveis de incorporação de leucina dos “normais” 3% para valores superiores a 15%, não se conhecendo, contudo, a relevância biológica de tal ambiguidade nem o seu mecanismo de regulação. Os objetivos desta tese foram estudar os mecanismos de controlo desta ambiguidade do código genético e contribuir para o melhor conhecimento deste processo em C. albicans. Para tal, os níveis de SerRS e LeuRS foram determinados em diferentes condições fisiológicas, usando um sensor fluorescente constituído pela fusão do gene da GFP com os promotores dos genes da SerRS e da LeuRS (caSES1 e caCDC60, respetivamente). Os dados revelaram que um aumento da incorporação de leucina nos codões CUG está associado ao aumento da razão LeuRS/SerRS em C. albicans. Para identificar as cinases e os fatores de transcrição (TF), que regulam a transcrição dos genes da SerRS e LeuRS (caSES1 e caCDC60), foram usadas estirpes de C. albicans com deleções nos genes das várias cinases e TFs. Estas estirpes mutantes foram transformadas com o sensor fluorescente e a expressão das sintetases foi quantificada. Os nossos dados permitiram identificar os TFs Rph2 e Hap31 e ainda a cinase Cbk1 como reguladores da expressão da LeuRS e SerRS.