文摘
热态的真菌是一个独特的群在子囊真菌门,应对温度变化之间的转换菌丝(22 - 25°C)和酵母(37°C)。这种形态学开关,称为相变,定义这些真菌的生物学和生活方式。转换在健康和免疫功能不全的哺乳动物宿主酵母对毒性至关重要。在酵母阶段,热态的真菌上调基因参与颠覆宿主免疫防御。综述强调了分子机制的相变、相变如何促进感染的最新进展。
1。介绍
真菌之间切换的能力不同的地貌形式是真菌王国,是一个普遍存在的基本生物学的一部分。的一个小子集在子囊真菌门被认为是双晶的,指两个特定形态形式之间转换的能力,酵母和菌丝。这些真菌能够感染哺乳动物、植物和昆虫,可以分为热,低温双晶的真菌1]。热态的真菌感染人类和其他哺乳动物,如狗、猫、犰狳和啮齿动物(表1)[2- - - - - -8]。真菌病原体之间的热态的真菌是独一无二的,因为他们可以感染人类正常和受损的免疫防御。这包括芽生菌病的病原微生物,组织胞浆菌病、球孢子菌病,paracoccidioidomycosis,孢子丝菌病。相比之下,青霉病和emmonsiosis发生在人与长期发展到艾滋病(CD4艾滋病毒感染+T细胞/毫米3因其他原因)或细胞介导免疫受损(如实体器官移植)9- - - - - -11]。非热能的双晶的真菌也可以导致人类感染(例如,细胞死亡头皮屑)[12),但更通常植物或昆虫病原。例如,Ophiostoma novo-ulmi荷兰榆树病的病原体,摧毁了数以百万计的榆树在欧洲和美国13]。“僵尸蚂蚁”真菌,Ophiocordyceps unilateralis,分泌代谢物改变感染蚂蚁的行为(14]。本文将重点讨论如何形态学菌丝之间切换和酵母有助于毒性强调热双晶的真菌与人类健康有关。
2。的相变
菌丝和酵母之间的可逆的形态转变,称为相变,生物学的基本特征和生活方式的双晶的真菌1]。土壤中(22 - 25°C),这些真菌成长为有隔膜的菌丝产生分生孢子。破坏土壤的建设等人类活动或自然灾害可以毒素分生孢子和菌丝的碎片。当肺部吸入温暖的哺乳动物宿主(37°C),这些感染繁殖体转换为致病性酵母菌(或小球球孢子菌属)导致肺炎1]。一旦建立在肺部感染,酵母(或小球)可以传播到其他器官,如皮肤,骨骼,或大脑。
尽管温度支配刺激影响阶段transition-hyphae 22日至25日°C和酵母在37°C,额外的刺激影响双晶的开关包括二氧化碳(有限公司2)紧张,外生半胱氨酸和雌二醇。高有限公司2紧张(5%股份有限公司2arthroconidia)是必需的球孢子菌属种虫害发芽成小球在37°C和可选的增长荚膜组织胞浆菌酵母(15,16]。在人类肺癌、有限公司2张力大约是150倍高于周围空气,它提供了一个最优数量的有限公司2对相变17]。在回应一个温度加速,线粒体呼吸停止组织胞浆菌属、芽生菌和Paracoccidioides(18,19]。重新激活呼吸并完成形态切换到酵母、外生的吸收半胱氨酸是必需的(18,19]。生产的17β雌二醇由人类影响的形态学改变和发展球孢子菌属和Paracoccidioides反过来,调节女性感染的严重程度。在17岁β雌二醇的增长球孢子菌属小球在37°C是加速,这或许可以解释传播球孢子菌病的风险增加孕妇(20.,21]。此外,在体外分析表明球孢子菌属球体表现出饱和绑定的17β雌二醇(21]。相比球孢子菌属酵母,菌丝或分生孢子的形态转换Paracoccidioides被17β雌二醇(22,23]。在肺部感染的小鼠模型,分生孢子转化酵母受损的女性,但不是在雄性老鼠24]。在人类中,paracoccidioidomycosis 11-30-fold更高的发病率在成年男性比成年女性尽管相似的频率Paracoccidioides曝光。在青春期之前,男女比例是1:1 (25]。
这些观察促使调查雌二醇和性别影响真菌发展的机制和宿主反应。基因表达微阵列分析p .取代巴西橡胶树应变Pb01证明受损转换为酵母在37°C的17岁β雌二醇降低了转录的基因参与细胞信号(小GTPase RhoA, palmitoyltransferase),热休克(HSP40 HSP70,和一半)、几丁质合成(几丁质合酶)和葡聚糖改造(β1、3-glucan合成酶α1,3-glucan合成酶)[25]。当与paracoccin刺激时,lectin-binding蛋白和几丁质酶活动,雌性老鼠表现出更强的Th1细胞因子反应增加肿瘤坏死因子-α(TNF -生产α)、干扰素γ(INF -γ)和白介素12 (il - 12),连同增加巨噬细胞真菌的活动相比,雄性老鼠(26]。卵巢切除术和睾酮治疗后,细胞因子反应转移从Th1、Th2雌性老鼠。阉割的雄性老鼠加上雌二醇治疗青睐Th1细胞因子的反应而不是Th2细胞因子反应(26]。总的来说,这些发现强调性类固醇激素的重要性和性别对真菌发展和主机易感性。
3所示。Yeast-Phase毒性因素和宿主免疫防御的颠覆
一旦吸入肺部,分生孢子被巨噬细胞摄取,发芽到酵母(或小球球孢子菌属)和复制。荚膜组织胞浆菌,球孢子菌属巨细胞和posadasii,孢子丝菌schenckii,Paracoccidioides取代巴西橡胶树和lutzii,Talaromyces marneffei复制内外的先天免疫细胞(27- - - - - -31日]。传统上,芽生菌种虫害只被认为是细胞外;然而,最近的研究表明b .皮炎分生孢子由巨噬细胞摄取生存和转换为酵母(32]。
在相变过程中,热双晶的真菌上调yeast-phase包括特定的基因芽生菌adhesion-1(BAD-1),钙结合蛋白1 (CBP1),yeast-phase specific-3 (YPS3),小球外墙糖蛋白(SOWgp)积极破坏宿主免疫防御。b .皮炎和b . gilchristii表达BAD1(原名WI-1),一个120 kDA分泌,多功能蛋白质作为粘附和免疫evasin [33- - - - - -38]。分泌BAD1绑定回酵母细胞表面通过交互与甲壳素和还溶于细胞外环境(33- - - - - -35]。细胞表面束缚BAD1结合酵母通过补充宿主细胞受体(CR3 CD14)和硫酸乙酰肝素促进酵母细胞粘附宿主细胞。BAD-1绑定到酵母细胞表面抑制TNF -的生产α通过巨噬细胞和中性粒细胞在转化生长因子-β(TGF -β)依赖的方式33,36- - - - - -38]。相比之下,可溶性TNF - BAD-1块α生产TGF -独立的β(36]。肿瘤坏死因子-α是一个适当的宿主防御的关键细胞因子对双晶的真菌。中和TNF -α在感染的小鼠模型结果在进行性肺芽生菌病37]。此外,在2008年,美国食品和药物管理局(FDA)发出警告组织胞浆菌病的风险增加,TNF -芽生菌病、球孢子菌病的人α抑制剂用于治疗自身免疫性疾病(如类风湿性关节炎和克罗恩病)(39]。除了影响TNF -α生产、BAD1也损害了自适应免疫反应抑制CD4 + T淋巴细胞的活化,减少IL-17和正-γ生产(33]。BAD1的粘附和免疫调节活动是必不可少的芽生菌发病机理。删除BAD1呈现芽生菌酵母无毒在肺部感染的小鼠模型40]。除了BAD1,皮炎芽生菌分泌一种dipeptidyl-peptidase DppIVA IVA调节宿主免疫。DppIV劈开gm - csf的丝氨酸蛋白酶,是一种有效的细胞因子,激活巨噬细胞和中性粒细胞杀死真菌(41]。沉默DppIVA通过RNA干扰(RNAi)减少的生存b .皮炎酵母cocultured GM-CSF-activated巨噬细胞和中性粒细胞(41]。此外,DppIVA-RNAi菌株在肺部感染(减毒的毒性41]。相比b .皮炎,h . capsulatumDppIVA没有检测到细胞外,不导致毒性(42,43]。
类似于BAD1,球孢子菌属SOWgp本地化小球细胞表面,是一个重要毒力因子。SOWgp促进绑定小球的宿主细胞外基质(ECM)蛋白质包括层粘连蛋白、纤连蛋白和胶原蛋白44]。删除SOWgp (SOWgp∆)球孢子菌属损害小球坚持ECM蛋白质,导致减毒毒性在肺部感染的小鼠模型44]。
在h . capsulatum,CBP1是一个分泌毒性因子,促进了酵母的细胞内复制(45,46]。CBP1结合钙,为存在,是抗蛋白酶降解,在结构上相关的一组膜lipid-binding蛋白质被称为saposins [47,48]。CBP1分泌细胞内h . capsulatum酵母诱导巨噬细胞凋亡和细胞溶解还存在诱导宿主细胞转录,转录因子(NUPR1 /p8,TRB3),以及基因与内质网(ER)压力(46]。因此,巨噬细胞裂解是一个活跃的过程由真菌,而不是由于高细胞内真菌负担。类似于BAD1,CBP1是一个重要的毒力因子。CBP1null突变体(CBP1Δ)无法诱导巨噬细胞凋亡和肺部感染的小鼠模型中无毒45,46]。除了CBP1,h . capsulatum分泌YPS3,结合回到酵母细胞壁中几丁质,促进肺外传播到肝脏和脾脏(49]。
在酵母的形态从菌丝或分生孢子酵母、双晶的真菌进行广泛的重建的细胞壁包括葡聚糖成分。重组葡聚糖含量有可能妨碍其为病原体识别的分子模式(pamp)由宿主的免疫细胞。在形态学开关的数量β-(1,3)的细胞壁葡聚糖芽生菌和Paracoccidioides从在菌丝≈≈40%下降5%酵母(50,51]。减少β-(1,3)在酵母细胞壁葡聚糖可能限制其识别dectin-1在先天免疫细胞和mannose-binding凝集素(17,52]。相比之下,h . capsulatum并没有减少β-(1,3)葡聚糖在酵母细胞,而是它使用α-(1,3)葡聚糖作为阻止dectin-1承认“盾牌”β-(1,3)葡聚糖(53]。因此,双晶的真菌利用多种策略包括分泌毒性因素和修改的酵母细胞壁破坏宿主免疫防御包括建立感染人免疫系统完好无损的。
热态的真菌的能力颠覆宿主免疫防御不是100%的有效。主机可以挂载感染的免疫反应来阻止病情发展。流行病学研究表明≈50%的人接触芽生菌种虫害感染症状的发展,而≈50%无症状或亚临床感染(54,55]。同样,吸入的荚膜组织胞浆菌,球孢子菌属spp。,Paracoccidioides种虫害导致症状性感染< 10%,33 - 50%,< 5%健康的人,(56- - - - - -58]。完整的先天和适应性免疫防御的能力“隔离”酵母在肉芽肿是宿主防御感染的关键。转换后的分生孢子,酵母,树突状细胞和巨噬细胞相互作用和吞噬酵母细胞。基因表达分析的树突细胞吞噬p .取代巴西橡胶树酵母展示upregulation记录参与产生保护性免疫反应包括TNF -α、il - 12和趋化因子(CCL22、CCL27 CXCL10) (59]。此外,dectin-1受体是调节,导致吞噬作用,生成活性氧,促炎细胞因子和趋化因子响应绑定β-(1,3)葡聚糖(59,60]。趋化因子促进白细胞迁移到感染的网站(59]。同样,巨噬细胞感染p .取代巴西橡胶树也引起一个促炎反应upregulation TNF -α趋化因子(CCL21 CCL22、CXCL4 CXC11,和CXCL14),和激酶(IRAK2) [61年]。这些发现强调免疫防御的能力限制真菌毒力的影响因素。
4所示。相变的监管
从菌丝或分生孢子过渡到酵母在37°C对毒性至关重要。发现混合组氨酸激酶编码DRK1在芽生菌和组织胞浆菌属第一个遗传证据表明形态学提供切换到酵母直接与毒性(62年]。DRK1零(DRK1Δ)、插入突变体和核糖核酸干扰(RNAi)沉默菌株菌丝成长在37°C的酵母,未能上调yeast-phase具体毒性等因素BAD1和CBP1感染的小鼠模型中,并且无毒(62年]。的功能DRK1在热态的真菌是守恒的。在t . marneffei,DRKA(一个DRK1同族体)是至关重要的转换分生孢子在巨噬细胞(酵母63年]。在孢子丝菌,Paracoccidioides,t . marneffei的转录丰度DRK1在酵母更高(37°C)比在菌丝(25°C) (63年- - - - - -65年]。DRK1将函数作为high-osmolarity甘油(猪)的一部分信号级联,这有利于适应渗透,氧化,温度和压力17]。因此,DRK1转录调节响应渗透压力Paracoccidioides和t . marneffei(63年,65年]。除了促进适应温度和渗透压力,DRK1也会影响细胞壁的完整性(62年,63年]。
监管的形态学变化是复杂的,不限于DRK1。转录因子编码RYP1-4(酵母阶段所需)也控制相变和管理一组yeast-phase特定基因毒性在37°C。这些转录因子调节在37°C和守恒的二态的和丝状真菌(66年- - - - - -68年]。RYP1主调节器的相同器官吗WOR1在白念珠菌,而RYP2和RYP3天鹅绒的复杂,他说和VelB,分别。RYP4是一种锌(II)2半胱氨酸6锌双核的集群域蛋白质同源答:nidulans FacB;然而,它似乎没有涉及醋酸利用率(68年]。这些转录因子形成一个集成的网络中直接绑定和规范一套共同的核心基因包括那些重要等毒性CBP1和YPS3(68年]。沉默RYP1-4转录导致细胞无法正常进行相变和生长,菌丝在37°C (66年- - - - - -68年]。
形态学开关在相反的方向,酵母菌丝,也是重要的发病机制。增长菌丝促进在环境中生存,代分生孢子促进传播到新的主机,通过交配和基因多样性(1]。b .皮炎SREB和h . capsulatum SRE1GATA转录因子编码管理过渡到菌丝在温度下降后从37°C到22日至25日°C (69年- - - - - -71年]。SREBnull突变体(SREBΔ)和SRE1rnai株未能完成转换菌丝(69年- - - - - -71年]。这个GATA转录因子的作用在其他真菌对温度的适应是守恒的。的相同器官SREB和SRE1在c . neoformans,CIR1,在37°C(耐热性是至关重要的72年]。在b .皮炎的缺陷形态开关对应减少中性脂类的生物合成(麦角固醇、三酰甘油)和脂滴70年]。补充外源性饱和脂肪酸(棕榈酸,16:0,和硬脂酸,18:0)部分纠正缺陷形态发生和脂滴的形成70年]。这表明,中性脂质代谢可能影响菌丝在环境温度的相变。SREB和SRE1还与含铁细胞作为基因的负调控生物合成和铁吸收;然而,这个角色似乎是独立的相变69年,70年]。在h . capsulatum,删除VMA1编码一个空泡的atp酶参与细胞内铁体内平衡,导致细胞无法转换为菌丝25°C。这表明潜在的铁代谢不受SREB影响随温度而变的形态学开关(73年]。在t . marneffei丝状的菌丝和维护形态转换,25°C是由转录因子编码狮鹫笼和TUPA分别为(74年,75年]。除了转录监管机构、N-acetylglucosamine (GlcNAc)加速转换从酵母到菌丝b .皮炎和h . capsulatum通过NGT1和NGT2跨膜转运蛋白(76年]。
5。体内转录分析
向前插入突变等遗传策略的使用有过实质的先进医学真菌学领域相关热双晶的真菌。这导致了小说的发现基因和基因网络调节相变(例如,DRK1,RYP1-3,SREB)。时代的全基因组关联研究,揭示小说的尚未开发的油藏双晶的真菌基因或基因网络是转录分析期间的酵母感染。识别基因重要的致病性,体内转录分析被执行皮炎芽生菌菌株26199使用肺部感染的小鼠模型77年,78年]。一部小说,两步技术是有效开发分开b .皮炎从小鼠肺组织获得高质量的RNA酵母RNA-sequencing (RNA-Seq) [77年]。识别b .皮炎基因转录水平改变了温度或其它独立的条件下,酵母分离小鼠肺部的转录与酵母cocultured与巨噬细胞在37°C,酵母生长在体外没有骨骨髓来源的巨噬细胞在37°C,和菌丝22°C使用k - means聚类分析(78年]。分析确定了72个基因,调节体内倍和独立的温度,巨噬细胞共培养,和媒体环境。这些基因的一个子集,包括那些编码蛋白分泌到细胞外环境,金属阳离子的吸收和运输,和氨基酸代谢78年]。
基因参与收购锌调节b .皮炎酵母在肺部感染。这包括zincophore (PRA1/ZPS1高亲和性锌转运体(),ZRT1)和低亲和力锌转运体(ZRT2)[78年]。在白色念珠菌,PRA1分泌细胞外环境中锌和把它绑定到真菌通过其互动ZRT1在细胞表面79年]。在白念珠菌,来自烟曲霉属真菌,黑粉菌属maydis,PRA1和ZRTcoregulated syntenic。虽然PRA1和ZRT1似乎coregulated芽生菌,这些基因不是syntenic。令人惊讶的是,PRA1并没有很好的保存在双晶的真菌和基因组的缺席h . capsulatum Paracoccidioidesspp。,Emmonsia;然而,同系物存在球孢子菌属。在白念珠菌,PRA1是影响发病机理假设。删除PRA1结果在突变体,减少了溶解能力zinc-deplete条件下内皮细胞(79年]。的影响PRA1在体内感染尚未研究。
除了移植zinc-scavenging机制在体内,b .皮炎增加的转录NIC1,它可以表达一种镍运输车(78年]。镍的脲酶的功能,需要一种酶,这种酶催化尿素氨和CO的转换2。尿素存在于哺乳动物组织嘌呤核苷酸分解代谢的产物(80年]。在球孢子菌属,脲酶释放小球在复制和损害组织通过生产氨,碱化的微环境(81年]。删除的脲酶基因(保证Δ)c . posadasii结果在减毒毒性肺部感染的小鼠模型。肺部感染的网站,保证Δ细胞无法分解尿素在肺组织和未能降低pH值(组织pH值为7.2保证Δ与野生型pH值7.7)。此外,零变异感染的小鼠表现出一个更有组织的免疫反应与格式良好的肉芽肿登机保证Δ细胞(81年]。在新型隐球菌,NIC1和URE1有助于大脑的入侵。删除的基因导致能力下降NIC1Δ和URE1Δ酵母细胞进入中枢神经系统(82年]。URE1同样会引起的发病机制隐球菌gattii,主要是引起肺部感染没有偏爱增加中枢神经系统入侵在动物模型83年,84年]。c . gattii URE1Δ有减毒毒性在肺部感染、减少血液传播,能力和巨噬细胞内受损的细胞内复制83年]。
在肺部感染,b .皮炎移植加双氧酶参与氨基酸的分解代谢78年]。这包括4-hydroxyphenylpyruvate加双氧酶(4-HPPDHpdA),homogentisate 2-dioxygenase (HmgA),吲哚胺2,3-dioxygenase (被罩)和半胱氨酸加双氧酶(CDG)。HpdA和HmgA是守恒的双晶的真菌和本地化在一个基因簇85年]。虽然精确的角色HpdA和HmgA不知道在b .皮炎,研究t . marneffei阐明这些基因如何参与酪氨酸发病机制分解代谢的影响。HpdA和HmgA零突变体是高度敏感氧化应激和受损的孢子萌发酵母在小鼠和人类巨噬细胞(85年]。抑制4-HPPD活动似乎是重要的与温度有关的形态转变。化学抑制4-HPPD NTBC (2 - (2-nitro-4-trifluoromethylbenzoyl) -cyclohexane-1 3-dione)t . marneffei和p .取代巴西橡胶树块分生孢子和菌丝的转换后酵母增加温度从25°C到37°C (85年,86年]。
真菌的作用被罩色氨酸退化知之甚少;然而,肿瘤细胞移植被罩微环境中的降解色氨酸逃避宿主免疫细胞(87年]。肺部感染h . capsulatum和p .取代巴西橡胶树诱发宿主语言,从而减少真菌生长,抑制Th17 T淋巴细胞分化,和限制过度组织炎症(88年,89年]。
除了半胱氨酸加双氧酶(CDG),b .皮炎移植半胱氨酸合成酶(CSA)和亚硫酸盐射流泵(SSU1)在肺部感染78年]。CSA编码一种酶参与了从acetyl-L-serine提取l -半胱氨酸的生物合成。CDG分解l -半胱氨酸磺酸,可以进一步异化丙酮酸和亚硫酸盐。积累亚硫酸盐是有潜在毒性细胞和分泌通过射流泵进行编码SSU1。在白念珠菌,删除CDG1和SSU1半胱氨酸和损害菌丝的发展CDG1Δ,但不是SSU1Δ,减弱毒性在小鼠感染(90年]。等皮肤真菌的Arthroderma benhamiae半胱氨酸的分解代谢,亚硫酸盐CDO1其次是流出的亚硫酸盐到细胞外环境SSU1提出促进角蛋白的分解来促进真菌生长(91年]。答:benhamiae CDO1和SSU1零突变体有能力受损等keratin-rich基质生长头发和指甲(91年]。在这些数据的基础上,有潜在故障的半胱氨酸和亚硫酸盐分泌促进增长芽生菌酵母在皮肤,在角蛋白丰富,最常见的肺外传播。
6。结论
热态的真菌是一群独特的子囊菌能够感染人的完整和受损的免疫防御。他们的适应能力核心体温(37°C)和过渡到酵母形态对毒性至关重要。形态学开关的upregulation酵母与特定的毒力因子,促进粘附宿主组织的增长和巨噬细胞的裂解,生硬的适当的细胞因子反应,损害细胞介导的免疫反应。的规定之间的可逆转换这些真菌菌丝和酵母需要适应和应对许多刺激包括温度、有限公司2张力和性激素。体内转录分析已经开始揭开之前未对传播和哺乳动物毒性基因重要主机。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。