Az oxidatív stresszválasz szabályozása gombákban

Az oxidatív stresszválasz szabályozása, más stresszválaszok szabályozásához hasonlóan, igen komplex és csak részben feltárt folyamat.

S. cerevisiae esetében az oxidatív stresszválasz szabályozásában az alábbi transzkripciós faktorok a legfontosabbak: Yap1, Skn7, valamint Msn2 és Msn4 (Morano és munkatársai 2012).

A Yap1 egy bZip (basic region-leucine zipper-containing) típusú, aktiváló hatású transzkripciós faktor. Számos (legalább 32) oxidatív és Cd²⁺ stresszválasz gén szabályozásában vesz részt. Stresszmentes körülmények között is jelen van a citoplazmában,

de nem tud a sejtmagban akkumulálódni, ugyanis a Crm1 exportin fehérje folyamatosan eltávolítja onnan. Oxidatív stressz alatt a Yap1 szerkezete megváltozik tiol-csoportjainak oxidálódása miatt. A szerkezetváltozás érinti Yap1 Crm1 kötőhelyét is, ami lehetővé teszi magi akkumulálódását (3. ábra).

3. ábra A Yap1 magi akkumulációjának molekuláris háttere

A: A Yap1 redukált állapotban is bejut a magba, de a Crm1 exportin folyamatosan eltávolítja onnan.

B: H2O2 jelenlétében a Yap1 „oxidatív folding”-on megy keresztül, amihez a Gpx3 és Ybp1 fehérjékre van szükség. Az oxidált Yap1-hez a Crm1 már nem tud kötődni, így az a magban akkumulálódik.

C: A Yap1 magi akkumulációjához nem feltétlenül szükséges „oxidatív folding”. A Crm1 kötőhely közelében lévő tiol-csoportok módosulása (pl. vegyes diszulfidok képződése) is megakadályozhatja a Crm1 megkötődését a fehérje nagyobb konformáció változása nélkül is.

Az ábra Morano és munkatársai (2012) közleménye alapján készült.

Az Skn7 többféle stresszválasz szabályozásában (pl. hipo- és hiperozmotikus stressz, hőstressz) is részt vesz (Morano és munkatársai 2012). Feladata – feltételezések szerint – elsősorban az, hogy más transzkripciós faktorok hatását módosítsa. Oxidatív stressz alatt foszforileződik (He és munkatársai 2009) és legalább 15, a Yap1 által is indukált, gén indukciójában működik közre (Morano és munkatársai 2012). Foszforilezésében azonban nem az az Sln1 hisztidin kináz vesz részt, amely egyébként az ozmotikus stressz alatti aktiválódásáért felelős (Li és munkatársai 1998).

Az Msn2 és Msn4 transzkripciós faktorok a S. cerevisiae általános stressszválaszához (környezeti stresszválasz; environmental stress response; ESR) köthetőek, azaz igen sokféle stresszhelyzetben aktiválnak géneket, melyek között számos, antioxidáns enzimeket kódoló gén is található (Gasch és munkatársai 2000, Causton és munkatársai 2001). Magi akkumulációjukhoz oxidatív stressz alatt oxidált tioredoxinra van szükség (Boisnard és munkatársai 2009).

Wu és Chen (2009) gén expressziós adatok (DNS chip és RNSseq adatok), valamint transzkripciós faktorok lehetséges kötőhelyeinek (elsősorban CHiP-on-chip adatok) vizsgálatával (Stress Transcription Factor Identification Algorithm; STFIA) további két transzkripciós faktor (Hsf1 és Pdr3) jelentőségét mutatták ki oxidatív stressz alatt. A Hsf1 transzkripciós faktor elsősorban hőstresszválasz szabályozásában vesz részt (Morano és munkatársai 2012), de foszforiláltsága jelentősen megváltozik oxidatív stressz alatt és igazoltan részt vesz a Cup1 metallotioenin génjének indukciójában is (Liu és Thiele 1996, Güldener és munkatársai 2005). A Pdr3 az általános drogrezisztencia szabályozásában működik közre (Schüller és munkatársai 2007), az oxidatív stresszválasz szabályozásában betöltött szerepét kísérletesen még nem igazolták. A fent említett transzkripciós faktorokon kívül több más transzkripciós faktorról is kimutatták, hogy részt vesz oxidatív stressz alatt egyes géncsoportok szabályozásában. Kiragadott példaként említhető az Stb5, amely az oxidatív pentóz-foszfát út, míg a Met4, amely a kén és a GSH anyagcsere génjeit indukálja oxidatív stressznek kitett sejtekben (Larochelle és munkatársai 1996, Wheeler és munkatársai 2003).

Schizosaccharomyces pombe esetében a Pap1, Prr1, Atf1, Pcr1 és Hsr1 transzkripciós faktorokat kell kiemelni (4. ábra) (Papadakis és Workman 2015).

4. ábra A S. pombe Sty1 MAPK útvonala és ortológjai

Az ábra Papadakis és Workman (2015) munkája alapján készült.

A Pap1 a Yap1 ortológja és a Yap1-hez hasonlóan oxidatív módosulást követően képes a magban akkumulálódni (Papadakis és Workman 2015).

A Prr1 az Skn7 ortológja és a Pap1 által is szabályozott gének egy részét indukálja (heterodimert képezve a Pap1-el)(Calvo és munkatársai 2012a). Oxidatív stressz alatt az Mpr1 hisztidin foszfotranszferáz fehérjéje, amely a Sty1 mitogén aktivált protein kináz (MAPK) útvonal tagja (4. ábra), aktiválja (Quinn és munkatársai 2002).

Az Atf1 egy bZip típusú transzkripciós faktor. Részben a Pcr1-el (amely szintén BZip fehérje) heterodimert alkotva, részben attól függetlenül indukál oxidatív stresszválasz géneket (Eshaghi és munkatársai 2010). Oxidatív stressz alatt a Sty1 MAPK foszforilezi és közreműködik a Pcr1 Sty1 általi aktiválásában is (Eshaghi és munkatársai 2010) (4. ábra).

A Hsr1 egy cinkujj típusú transzkripciós faktor, számos oxidatív stresszválasz gén szabályozásában vesz részt (Chen és munkatársai 2008). Oxidatív stressz alatt a Sty1 MAPK aktiválja Atf1-függő módon (Chen és munkatársai 2008) (4. ábra).

Az Aspergillus fajokban lényegesen kevesebb adat áll rendelkezésre az oxidatív stresszválasz szabályozásáról. A korábban említett transzkripciós faktorok közül ez idáig az Atf1 (A. nidulans: AtfA, Hagiwara és munkatársai 2008, Balázs és munkatársai 2010, Lara-Rojas és munkatársai 2011; A. fumigatus: AtfA, Hagiwara és munkatársai 2014 és 2016b), a Yap1 (A. nidulans: NapA, Asano és munkatársai 2007, Mendoza-Martínez és munkatársai 2017; A. fumigatus: Yap1, Montibus és munkatársai 2015) és az Skn7 (A. nidulans: SrrA, Vargas-Pérez és munkatársai 2007, Hagiwara és munkatársai 2011, Montibus és munkatársai 2015, Mendoza-Martínez és munkatársai 2017; A. fumigatus: Skn7, Ma és Li 2013) funkcionális ortológjait sikerült azonosítani.

Az A. nidulans AtfA fehérjéje a SskA/HogA MAPK útvonal által szabályozott, bZIP típusú transzkripciós faktor (4. ábra) (Eshaghi és munkatársai 2010, Lara-Rojas és munkatársai 2011, Hagiwara és munkatársai 2014, Jaimes-Arroyo és munkatársai 2015, Papadakis és Workman 2015). Más bZIP típusú transzkripciós faktorokhoz hasonlóan feltételezhető, hogy heterodimert alkotva fejti ki aktiváló hatását (Lara-Rojas és munkatársai 2011) és nemcsak az oxidatív stresszválasz szabályozásában vehet részt. A vizsgált fajokban az AtfA/Atf1 befolyásolja a konídiumok és a vegetatív hifák stressz toleranciáját (pl. oxidatív, ozmotikus és hőstressz tolerancia), a hifák szekunder anyagcseréjét, ivaros és ivartalan szaporodáshoz köthető differenciációját, sőt hatással van a növény patogén (Botrytis cinerea, Claviceps purpurea, Fusarium graminearum, Magnaporthe oryzae) és humán patogén (A.

fumigatus) fajok virulenciájára is (Nathues és munkatársai 2004, Hagiwara és munkatársai 2008, 2014, 2016b, Yamashita és munkatársai 2008, Sakamoto és munkatársai 2009, Guo és munkatársai 2010, Balázs és munkatársai 2010, Lara-Rojas és munkatársai 2011, Temme és

munkatársai 2012, Van Nguyen és munkatársai 2013, Qi és munkatársai 2013, Jaimes-Arroyo és munkatársai 2015, Pereira Silva és munkatársai 2017).