Christoph Schüller


Pilz-Umweltgenetik

Überblick

Humanpathogene Erreger, Stressreaktion, Genexpression, Phänotypisierung, Antimykotika, Mikrobielle Interaktionen

Leiter: Priv.-Doz. Dr. Christoph Schüller

Forschungsschwerpunkt

Umweltanpassungen in Hefe- und humanpathogenen Hefen
Wie passen sich Pilze an veränderte Umweltbedingungen wie Nährstofflimitierung, unterschiedliche Wirts-Nischen oder antimykotische Behandlung an? Umweltparameter werden ständig von Zellen erfasst. Wir untersuchen spezifische Aspekte der zellulären Stressantwort in Hefen und verwandten humanpathogenen Pilzen. Zellen passen zum Beispiel ihre Genexpressionsmuster schnell an die interne und externe Umgebung an. Veränderungen äußerer physikalischer Parameter wie hohe Temperatur oder osmotischer Stress verursachen die sofortige Aktivierung von Signalwegen, die zu Veränderungen von Enzymaktivitäten und Genexpressionsmuster führen. Viele interagierende Faktoren wie Sensoren, Signalkaskaden, Transkriptionsfaktoren und die Chromatinstruktur tragen zu diesen Anpassungen bei. Für menschliche Pilzpathogene wie Candida spp. spielen diese Faktoren eine wichtige Rolle bei der Anpassung an die Wirtsnische und sind essentiell für die Persistenz im Wirt. Candida-Spezies verursachen mukosale sowie disseminierte Infektionen beim Menschen. Sie können insbesondere bei immungeschwächten Patienten, wie Neugeborenen und Patienten, die sich einem längeren Krankenhausaufenthalt unterziehen, lebensbedrohliche Infektionen im Blut verursachen. Darüber hinaus ist Candida Ursache von Vulvovaginalkandidose, was erhebliche Beschwerden und Unannehmlichkeiten für die Betroffenen verursacht. Daher ist es wichtig die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen der Anpassung an die Umwelt zu identifizieren, um zu verstehen, warum manche Candida-Spezies so erfolgreiche Humanpathogene sind, und um neue Strategien für eine effektive Therapie zu entwickeln.

Laufende Projekte

Zelluläre Stressantwort in Candida glabrata

Wie ist die Weiterleitung von molekularen Signalstoffen im humanpathogenen Pilz Candida glabrata aufgebaut? Diese Hefe ist eng mit dem Modellorganismus Bäckerhefe (S. cerevisiae) verwandt. Der Kontakt mit dem menschlichen Wirt bietet jedoch eine Reihe von unterschiedlichen und stressigen Umgebungen für den Erreger. 

Der Schlüssel zur Pathogenität könnte in einer speziell abgestimmten Genregulation zusammen mit einer Gruppe von Adhäsinen und einer erhöhten Toleranz gegenüber Temperatur- und Nahrungsmangel liegen. Wir vermuten, dass C. glabrata Zellen ihren Metabolismus und Reaktionen auf Stresssignale optimal an ihre Wirtsnischen angepasst haben. Stress- und Hungerreaktionen wie zum Beispiel Autophagie und ihr Beitrag zur Virulenz haben wir in diesem Zusammenhang bereits eingehender untersucht.

Darüber hinaus analysieren wir die Rolle der MAPK des High Osmolarity Glycerol (HOG) Signalwegs, CgHog1. In Hefe wird dieser Signaltransduktionsweg als Antwort auf osmotischen Stress, verursacht durch z.B. hohe extrazelluläre Salz- oder Zuckerkonzentrationen, aktiviert. Bei verschiedenen Pilzpathogenen wurde eine Beteiligung des HOG-Signalweg an Reaktionen auf Wirt-Pathogen-Interaktionen nachgewiesen. In klinischen Candida Isolaten beobachten wir ein sehr unterschiedliches Spektrum an Hog1-Aktivierung und Stressantworten und wir untersuchen ebenfalls den Effekt der Hog1-Aktivierung auf phänotypischer Ebene.

Phänotypisierung klinischer Candida-Stämmen

Pathogene Pilze können sich schnell an eine Vielzahl von Umweltsituationen anpassen. Um herauszufinden, wie diese Flexibilität möglich ist, untersuchen wir phänotypische Variationen in einer Sammlung von mehreren hundert klinischen Candida-Isolaten, die während des letzten Jahrzehnts im Wiener Allgemeinen Krankenhaus gesammelt wurden. 

Mit Hilfe von Hochdurchsatz-Robotern (www.bimm-research.at) werden verschiedenste Phänotypen identifiziert. Die Reaktion der Stämme auf organische Säuren, Veränderungen im pH-Wert, osmotischen Stress, unterschiedlichen Kohlenstoffquellen, Antimykotika und mehr werden bewertet. Wir untersuchen außerdem die Stabilität einiger Phänotypen und versuchen ausgewählte Phänotypen zu manipulieren um deren genetische Grundlage zu verstehen.



Interaktionen zwischen Candida und bakterieller Mikroflora  

Im Vaginaltrakt konkurrieren Candida-Zellen mit der kommensalen bakteriellen Mikroflora (z.B. Lactobacillus spp.). Wir untersuchen die Interaktionen zwischen Candida spp. und Lactobacillus-Arten, die im Vaginaltrakt gefunden werden, mittels genomweiter und genetischer Analysestrategien. 

Wachstum von Candida ohne (links) und mit (rechts) Lactobacillus.

Antimykotische Peptide gegen menschliche Pilzpathogene 

Um neue Wege für die Entwicklung spezifischer Antimykotika zu beschreiten, arbeiten wir an der Identifizierung von Verbindungen, die das Überleben von C. glabrata und verwandten Pilzen beeinflussen. Zu diesem Zweck sind wir dabei, einen genetischen Screen für antimykotische Peptide zu erstellen, die von Hefe als Synthese- und Testsystem erzeugt werden. Mit Hilfe von Hefe werden wachstumshemmende oder letale Peptide durch systematische genetische Analyse der Wirkungsweise bestimmt. Peptide, die auf pilzspezifische Prozesse abzielen, werden weiter entwickelt und ihre Funktion wird durch Expression dieser Peptide in C. glabrata und möglicherweise anderen genetisch zugänglichen Pilzen wie A. gossypii und A. nidulans getestet.

Publikationen

Selected publications:

1: Klopf E, Schmidt HA, Clauder-Münster S, Steinmetz LM, Schüller C. INO80 represses osmostress induced gene expression by resetting promoter proximal nucleosomes. Nucleic Acids Res. 2017 Apr 20;45(7):3752-3766. doi: 10.1093/nar/gkw1292. PubMed PMID: 28025392; PubMed Central PMCID: PMC5397147. 

2: Kielbassa AM, Ulrich I, Werth VD, Schüller C, Frank W, Schmidl R. External and internal resin infiltration of natural proximal subsurface caries lesions: A valuable enhancement of the internal tunnel restoration. Quintessence Int. 2017;48(5):357-368. doi: 10.3290/j.qi.a37799. PubMed PMID: 28294198. 

3: Kugler KG, Jandric Z, Beyer R, Klopf E, Glaser W, Lemmens M, Shams M, Mayer K, Adam G, Schüller C. Ribosome quality control is a central protection mechanism for yeast exposed to deoxynivalenol and trichothecin. BMC Genomics. 2016 Jun 1;17:417. doi: 10.1186/s12864-016-2718-y. PubMed PMID: 27245696; PubMed Central PMCID: PMC4888481. 

4: Hosiner D, Gerber S, Lichtenberg-Fraté H, Glaser W, Schüller C, Klipp E. Impact of acute metal stress in Saccharomyces cerevisiae. PLoS One. 2014 Jan 9;9(1):e83330. doi: 10.1371/journal.pone.0083330. eCollection 2014. PubMed PMID: 24416162; PubMed Central PMCID: PMC3886979. 

5: Jandric Z, Gregori C, Klopf E, Radolf M, Schüller C. Sorbic acid stress activates the Candida glabrata high osmolarity glycerol MAP kinase pathway. Front Microbiol. 2013 Nov 26;4:350. doi: 10.3389/fmicb.2013.00350. eCollection 2013. PubMed PMID: 24324463; PubMed Central PMCID: PMC3840799. 

6: Reiter W, Klopf E, De Wever V, Anrather D, Petryshyn A, Roetzer A, Niederacher G, Roitinger E, Dohnal I, Görner W, Mechtler K, Brocard C, Schüller C, Ammerer G. Yeast protein phosphatase 2A-Cdc55 regulates the transcriptional response to hyperosmolarity stress by regulating Msn2 and Msn4 chromatin recruitment. Mol Cell Biol. 2013 Mar;33(5):1057-72. doi: 10.1128/MCB.00834-12. Epub 2012 Dec 28. PubMed PMID: 23275436; PubMed Central PMCID: PMC3623084. 

7: Jandric Z, Schüller C. Stress response in Candida glabrata: pieces of a fragmented picture. Future Microbiol. 2011 Dec;6(12):1475-84. doi: 10.2217/fmb.11.131. Review. PubMed PMID: 22122443. 

8: Roetzer A, Klopf E, Gratz N, Marcet-Houben M, Hiller E, Rupp S, Gabaldón T, Kovarik P, Schüller C. Regulation of Candida glabrata oxidative stress resistance is adapted to host environment. FEBS Lett. 2011 Jan 21;585(2):319-27. doi: 10.1016/j.febslet.2010.12.006. Epub 2010 Dec 13. PubMed PMID: 21156173; PubMed Central PMCID: PMC3022126. 

9: Roetzer A, Gabaldón T, Schüller C. From Saccharomyces cerevisiae to Candida glabratain a few easy steps: important adaptations for an opportunistic pathogen. FEMS Microbiol Lett. 2011 Jan;314(1):1-9. doi: 10.1111/j.1574-6968.2010.02102.x. Epub 2010 Sep 16. Review. PubMed PMID: 20846362; PubMed Central PMCID: PMC3015064. 

10: Batova M, Klobucnikova V, Oblasova Z, Gregan J, Zahradnik P, Hapala I, Subik J, Schüller C. Chemogenomic and transcriptome analysis identifies mode of action of the chemosensitizing agent CTBT (7-chlorotetrazolo[5,1-c]benzo[1,2,4]triazine). BMC Genomics. 2010 Mar 4;11:153. doi: 10.1186/1471-2164-11-153. PubMed PMID: 20202201; PubMed Central PMCID: PMC2841119. 

11: Roetzer A, Gratz N, Kovarik P, Schüller C. Autophagy supports Candida glabrata survival during phagocytosis. Cell Microbiol. 2010 Feb;12(2):199-216. doi: 10.1111/j.1462-5822.2009.01391.x. Epub 2009 Oct 6. PubMed PMID: 19811500; PubMed Central PMCID: PMC2816358. 

12: Klopf E, Paskova L, Solé C, Mas G, Petryshyn A, Posas F, Wintersberger U, Ammerer G, Schüller C. Cooperation between the INO80 complex and histone chaperones determines adaptation of stress gene transcription in the yeast Saccharomyces cerevisiae. Mol Cell Biol. 2009 Sep;29(18):4994-5007. doi: 10.1128/MCB.01858-08. Epub 2009 Jul 20. PubMed PMID: 19620280; PubMed Central PMCID: PMC2738301. 

Förderungsorganisationen

Kooperationen

  • Birgit Willinger (MUW)
  • Gerhard Adam (DAGZ, BOKU)
  • Gustav Ammerer (MFPL, Univ. of Vienna)
  • Pavel Kovarik (MFPL, Univ. of Vienna)
  • Toni Gabaldón (CRG, Barcelona)
  • David Cánovas (US, Seville)