 |
The roles of two bZIP transcription factors in governing oxidative stress responses in Aspergillus nidulans
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
125671 |
| Type |
NN |
| Principal investigator |
Pócsi, István |
| Title in Hungarian |
Két bZIP transzkripciós faktor szerepe az oxidatív stresszválaszok irányításában Aspergillus nidulansban |
| Title in English |
The roles of two bZIP transcription factors in governing oxidative stress responses in Aspergillus nidulans |
| Keywords in Hungarian |
oxidatív stresszválasz, aszexuális sporuláció, bZIP transzkripciós faktorok |
| Keywords in English |
oxidative stress response, asexual sporulation, bZIP transcription factors |
| Discipline |
| Microbiology: virology, bacteriology, parasitology, mycology (Council of Medical and Biological Sciences) | 60 % | | Genomics, comparative genomics, functional genomics (Council of Medical and Biological Sciences) | 20 % | | Molecular biology (Council of Medical and Biological Sciences) | 20 % | | Ortelius classification: Molecular biology |
|
| Panel |
Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology |
| Department or equivalent |
Department of Molecular Biotechnology and Microbiology (University of Debrecen) |
| Participants |
Amin, Mohamed Ali Elbadry Hafez
Bákány, Bernadett
Dienes, Beatrix
Emri, Tamás
Gálné dr. Miklós, Ida
Jakab, Ágnes
Karányi, Zsolt Ákos
Keresztessy, Zsolt
Király, Anita
Kocsis, Beatrix
Leiter, Éva
Máthéné Szigeti, Zsuzsa
Pfliegler, Valter Péter
Vig, Ildikó
Virág, Eszter Andrea
|
| Starting date |
2017-12-01 |
| Closing date |
2022-11-30 |
| Funding (in million HUF) |
47.979 |
| FTE (full time equivalent) |
17.46 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A projekt új megvilágításba kívánja helyezni az Aspergillus nidulans vegetatív micéliumában, az aszexuális fejlődési szakaszban lévő sejtjeiben valamint a nyugvó konídiumaiban hatékonyan működő oxidatív stressz védelmi rendszer szabályozását. Elsődlegesen azt a hipotézist teszteljük, hogy az AtfA és AtfB bZIP-típusú transzkripciós faktorok valószínűleg képződő heterodimerei kulcsszereplők a megfelelő stresszválasz kialakításában, különösen az aszexuális spórák képződése közben. Továbbá, az AtfA-AtfB heterodimerek talán összekapcsolják a HogA MAP kináz aktiválta stresszválaszt szabályzó, valamint a VosA-VelB sporulációt szabályzó rendszereket úgy, hogy a kialakuló és nyugvó konídiumok stresszvédelme megfelelő legyen. Ezen hipotézisek tesztelése érdekében: (i) Előállítjuk és jellemezzük az atfA és atfB egyszeres és kettős géndeléciós, valamint gén overexpresszáló mutánsainak sorozatát. (ii) Azonosítjuk a különböző fejlődési szakaszokban oxidatív stressznek kitett és stresszmentes tenyészetekben a potenciálisan AtfA által regulált géneket az egyszeres és kettős géndeléciós törzsekkel kapott RNAseq adatok összevetése révén. (iii) Meghatározzuk az AtfA konszenzus DNS-kötő szekvenciáját ChIP-DNAseq technika segítségével. (iv) Kilistázzuk és összehasonlítjuk azokat a géneket, melyek promóterében AtfA és AtfB kötőhelyek vannak, valamint a genomikai és transzkriptomikai adatok összevetése révén megtaláljuk az AtfA-val, valamint az AtfA-val és AtfB-vel közvetlenül szabályozott géneket. (v) Megpróbáljuk igazolni az AtfA és AtfB heterodimerek képződését in situ bimolekuláris fluoreszencia komplementációs kísérletekkel.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A fonalas gombák oxidatív stresszvédelme kiemelkedő fontosságú, mikor különféle technológiai célokra új, stressztoleráns ipari törzsekre, illetve a jövőbeni gombaellenes szer kutatásokban új támadáspontokra van szükség. A nyilvánvaló fontosságuk ellenére a gomba stresszvédelmi rendszerek elemei és szabályozásai a gomba biológia meglepően kevéssé tanulmányozott területei maradtak. Ebben a pályázatban tisztázni szeretnénk a bZIP-típusú transzkripciós faktorok, ilyen pl. az AtfA és AtfB, heterodimer képzésének a jelentőségét az Aspergillus nidulans stresszvédelmi rendszerének a vegetatív micéliumban, fejlődési szakaszban lévő sejtekben és a nyugvó aszexuális spórákban történő szabályozásában. Láthatóvá szeretnénk tenni a gombák stresszvédelmének az eddig még rejtve maradt részeit a következő munkahipotézisek felállítása és tesztelése révén: (i) Az AtfA jelátviteli géneket szabályoz más célgénjei mellett, ami révén modulálja a jelátviteli folyamatokat, továbbá az AtfA és az AtfB célgénjei között átfedés van. (ii) Az AtfA heterodimert képez AtfB-vel, hogy fejlődési szakasz és stressztípus függő módon teljesítse a funkcióját. (iii) Az AtfA-AtfB heterodimerek és AtfA-HogA (MAPK) komplexek együttesen szabályozzák a kifejlődő és nyugvó konídiumok stresszvédelmét. (iv) A sporulációt szabályzó (VosA-VelB-AtfA-AtfB) és stresszválaszt szabályzó (HogA-AtfA) rendszerek egyaránt fontosak mind a konidiogenezis stressz általi aktiválásában, mind a konídiumok stresszvédelmében. A legfontosabb megválaszolandó kérdések: (i) Vannak-e gének, melyek átírása igényli az AtfA és AtfB közötti kooperációt? (ii) Van-e az AtfA és AtfB között fizikai interakció in vivo?
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Ez a projekt, amennyiben támogatást kap és részletesen kidolgozásra kerül, széles áttekintést ad arról a nagy bonyolultságú hálózatról, amely a gomba fejlődését és oxidatív stresszvédelmét szinkronizálja az aszexuális fejlődés különböző stádiumaiban, beleértve a vegetatív micéliumot, a fejlődésben lévő sejteket és a frissen képződött, nyugvó konídiumokat. Feltételezésünk szerint az AtfA-AtfB heterodimerek annak az integrált gomba fejlődési és stressz jelátviteli és szabályozó hálózatnak a középpontjában vannak, melyek képessé teszik a gombákat arra, hogy adekvát módon reagáljanak a környezeti stimulusok széles spektrumára, beleértve különböző stresszhatásokat. A feltételezett AtfA-AtfB heterodimerek, melyek integrálhatják a HogA MAPK aktiválta stresszválaszt szabályzó és a VosA-VelB sporulációt szabályzó rendszereket, jelentőségét nem lehet túlbecsülni, mikor az aszexuális spórák sporogenezis alatti integritásának megőrzését vizsgáljuk. A gomba fejlődési és stresszvédelmi szabályozó rendszerek összekapcsolódása, ha igazolást nyer, kétségkívül új perspektívákat nyitna a következő, fonalas gombák területén várható K+F aktivitásokban: (i) Új, stressztoleráns, különféle fermentációs és környezetipari alkalmazásokra alkalmas ipari törzsek előállítása. (ii) A gombaspórák stabilizálása tárolás alatt. (iii) Az élelmiszereket tönkretevő és mikotoxint termelő penészek kontrollja. (iv) Az opportunista humán patogén gombák belélegzett spórái káros hatásainak (lásd a penészgomba allergiákat és a tüdőből eredő szisztémás gombafertőzéseket) az enyhítése. Fontos megjegyezni, hogy reményeink szerint további kutatások indulnak majd a közeljövőben annak tisztázásra, hogy az AtfA és néhány más transzkripciós faktor vajon szintén hozzájárul-e a konídiumok túléléséhez a fejlődési szakaszban, továbbá, vajon ezeket szintén a VosA-VelB velvet protein komplexek kontrollálják-e az AtfB-hez hasonlóan. A fonalas gombák stresszválaszának a szabályozását sok kutatócsoport tanulmányozza világszerte. Néhány mexikói (Jesús Aguirre, Universidad Nacional Autónoma de México), japán (Daisuke Hagiwara, Chiba University) és brazil (Gustavo Goldman, Universidade de São Paulo) kutatócsoport a legerősebb kompetítorok között van ezen a területen.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A penészek olyan fonalas gombák, amelyek a mindennapi életet sokféleképpen befolyásolják. Például a penésszel érlelt élelmiszerek, mint a Roquefort sajt és a szalámi, valamint a keleti fermentált élelmiszerek, mint a szójaszósz, sok nemzeti konyha kedvelt és nélkülözhetetlen hozzávalói. Az élelmiszeradalékokat, pl. szerves savakat, a szín- és ízanyagokkal együtt szintén gyakran fonalas gombákkal állítják elő. Ezek a fermentációs folyamatok gyakran indulnak a nyersanyagok gombaspórákkal történő oltásával. A gyógyszerek szintén gyakran tartalmaznak a gyógyszeriparban penészekkel termelt bioaktív vegyületeket. Másrészt a penészek tönkre is tehetik az élelmiszereket és igen toxikus vegyületeket, mikotoxinokat, is termelhetnek. Továbbá a gombaspórák belélegzése súlyos penészgomba allergiát okozhat, sőt életveszélyes szisztémás gombafertőzésekhez is vezethet. Ebben a projektben mélyebb bepillantást szeretnénk nyerni a konídiumoknak nevezett aszexuális gombaspórák kialakulásának és védelmének a szabályozásába. Az elsődleges célunk azon szabályozó elemek felderítése, melyek a spórák életképességének a fenntartását biztosítják a kialakulásuk, diszperziójuk és nyugvó állapotuk alatt különösen akkor, mikor különféle környezeti stresszhatásoknak, pl. oxidatív stressznek, vannak kitéve. Ezen elemek és ezek kölcsönhatásainak a felderítése után új stratégiákat és technológiákat fejleszthetünk ki a gombaspórák vitalitásának a kontrolljára. Reményeink szerint, a spórák stressztoleranciájának a növelése előnyös lesz a fermentációs technológiai folyamatokban, míg a csökkentése felhasználható lesz új élelmiszertartósítási technológiákban illetve jövőbeni gombaellenes szer kutatásokban.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The project aims at shedding a new light on the orchestration of the oxidative stress defense system operating effectively in the vegetative tissues, cells developing under asexual differentiation and resting conidia of Aspergillus nidulans. Our primary aim is testing the hypothesis that heterodimers likely formed by the bZIP-type transcription factors AtfA and AtfB may be the key elements in mounting appropriate stress responses especially under the formation of asexual spores. Furthermore, AtfA-AtfB heterodimers may also interweave HogA MAP kinase activated stress response regulatory and VosA-VelB developmental regulatory systems to provide developing and resting conidia with satisfactory stress defense. To test these hypotheses, we (i) construct and phenotypically screen a series of atfA and atfB single and double gene deletion and gene overexpression strains (∆atfA, ∆atfB, ∆atfA∆atfB, atfAOE, atfBOE, atfAOEatfBOE, ∆atfAatfBOE, atfAOE∆atfB), (ii) identify potentially AtfA-regulated genes in different developmental stages in oxidative stress exposed and untreated cultures by comparing RNAseq data obtained with single and double gene deletion strains (∆atfA, ∆atfB, ∆atfADatfB), (iii) determine the consensus DNA-binding sequence for AtfA by ChIP-DNAseq technique, (iv) list and compare genes with both AtfA and AtfB binding sites in their promoters as well as collate genome and transcriptome data to find genes directly regulated by AtfA and by both AtfA and AtfB, and (v) try to demonstrate the heterodimer formation of AtfA and AtfB in situ using bimolecular fluorescence complementation experiments.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The oxidative stress defense of filamentous fungi is of primary importance when new stress tolerant industrial strains are required for various technological purposes or novel targets are needed for future antifungal drug research. In spite of their obvious importance, the elements and regulations of fungal stress defense systems have remained yet a surprisingly understudied area of fungal biology. In current application, we would like to clarify the hypothesized significance of heterodimer formation by bZIP-type transcription factors like AtfA and AtfB in the orchestration of oxidative stress defense in vegetative tissues, developing cells and resting asexual spores of Aspergillus nidulans. We would like to make some hidden parts of fungal stress defense visible through testing the following working hypothesis: (i) AtfA regulates stress signaling genes (besides its other targets) to modulate the signaling processes, and the targets of AtfA overlap with the targets of AtfB. (ii) AtfA can form heterodimer with AtfB to fulfill its function in a developmental stage and stress-type specific manner. (iii) AtfA-AtfB heterodimers and AtfA-HogA (MAPK) complexes co-regulate oxidative stress defense in developing and resting conidia. (iv) This interplay between developmental regulatory (VosA-VelB-AtfA-AtfB) and stress response regulatory (HogA-AtfA) systems is important in both the stress dependent activation of conidiogenesis and the stress protection of conidia. The key questions to be addressed include: (i) Are there genes which need the cooperation between AtfA and AftB for their transcription? (ii) Is there any direct physical interaction between AtfA and AtfB in vivo?
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
This project, if supported and elaborated in details, will give us a broad overview of the high-complexity network synchronizing fungal development and oxidative stress defense in various asexual developmental stages including vegetative tissues, developing cells and freshly-grown resting conidia. We hypothesize that AtfA-AtfB heterodimers are the centerpiece of the integrated fungal development and stress response regulatory systems, which makes fungi able to respond adequately to a wide spectrum of environmental stimuli including various stress conditions. The hypothesized significance of AtfA-AtfB transcription factor heterodimers, which may integrate HogA-activated stress regulatory and VosA-VelB developmental regulatory systems, cannot be overestimated, when the preservation of the integrity of asexual spores during development is considered. The interconnection of the fungal development and stress defense regulatory systems, if verified, would undoubtedly open new perspectives in future R&D activities in the field of filamentous fungi including (i) the construction of new stress tolerant industrial strains for various applications in the fermentation and environmental industries, (ii) stabilization of fungal spores during storage, (iii) control of the growth of food spoilage and mycotoxin producing molds and (iv) mitigation of the harmful effects of inhaled spores of opportunistic human pathogenic fungi (see mold allergies and systemic fungal infections originating from the lungs). Importantly, further research will also be initiated hopefully in the near future to clarify if AtfA and some other transcription factors also contribute to conidia survival during development, and whether or not they are controlled by VosA-VelB velvet protein complexes similar to AtfB. The regulation of environmental stress response in filamentous fungi has been studied by a number of research groups world-wide. Some Mexican (Jesús Aguirre, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad de México), Japanese (Daisuke Hagiwara, Chiba University) and Brazilian (Gustavo Goldman, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto) research groups are among our strongest competitors in this field.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Molds are filamentous fungi, which influence everyday life in many ways. For example, the mold-ripened foods like Roquefort cheese and salami as well as the oriental fermented foods like soy sauces are favored and indispensable ingredients in many national cuisines. Food additives like organic acids together with some pigments and flavorings are also produced often by filamentous fungi. These fermentation processes typically start with the inoculation of the feedstock with fungal spores. Medications also frequently contain bioactive compounds produced by molds in the pharmaceutical industry. On the other hand, mold can also spoil foods and may produce highly toxic compounds called mycotoxins. In addition, the inhalation of fungal spores may cause severe mold allergies and may even lead to life-threatening systemic fungal infections. In this project, we would like to gain a deeper insight in the regulation of the formation and preservation of fungal asexual spores called conidia. Our primary aim is to reveal the key regulatory elements responsible for the maintenance of the vitality of spores during their development, dispersal and also in resting spores, especially when they are exposed to various types of environmental stress conditions, including oxidative stress. After making these elements and their interactions visible, we can develop novel strategies and technologies to control the viability of fungal spores. Hopefully, increasing the stress tolerance of spores will be beneficial in fermentation technological processes meanwhile decreasing the vitality of spores will be exploitable in new food preservation technologies and also in future antifungal drug research.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Károly Antal, Barnabás Cs. Gila, István Pócsi, Tamás Emri: General stress response or adaptation to rapid growth in Aspergillus nidulans?, Fungal Biology, in press, 2019 | | Tamás Emri, Vivien Kurucz , Ágnes Jakab , Károly Antal , Olaf Kniemeyer, István Pócsi: Coping with two stressors concomitantly, Annals of the International Symposium on Fungal Stress – ISFUS , San José dos Campos, Brazil; Abstract Book pp. 52-53., 2019 | | Tamás Emri , Erzsébet Orosz, Bianka Huszti, Éva Leiter, Károly Antal, Jae-Hyuk Yu, István Pócsi: Genome-wide analyses of cadmium stress response in Aspergillus nidulans, 30th Fungal Genetics Conference abstract book, Asilomar, USA; Abstract Book p 135., 2019 | | Tamás Emri, Vivien Kurucz , Ágnes Jakab , Károly Antal , Viktor Dombrádi, Olaf Kniemeyer, István Pócsi: Combinatorial stress responses in fungi, 18th International Congress of HSM, Budapest; Acta Microbiologica et Immunologica Hungarica, Volume 66, Supplement 1, p. 128., 2019 | | Barnabás Cs. Gila, Zoltán Kenyeres, Károly Antal, István Pócsi, Tamás Emri: Combinatorial stress responses in fungi, 18th International Congress of HSM, Budapest; Acta Microbiologica et Immunologica Hungarica, Volume 66, Supplement 1, p. 137., 2019 | | Antal K, Gila B Cs, Pócsi I, Emri T: General stress response or adaptation to rapid growth in Aspergillus nidulans?, Fungal Biol 124(5):376-386., 2020 | | Alder-Rangel A, Idnurm A, Brand AC, Brown AJP, Gorbushina A, Kelliher CM, Campos CB, Levin DE, Bell-Pedersen D, Dadachova E, Bauer FF, Gadd GM, Braus GH, Braga GUL, Brancini GTP, Walker GM, Druzhinina I, Pócsi I, Dijksterhuis J, Aguirre J, Hallsworth JE, Schumacher J, Wong KH, Selbmann L, Corrochano LM, Kupiec M, Momany M, Molin M, Requena N, Yarden O, Cordero RJB, Fischer R, Pascon RC, Mancinelli RL, Emri T, Basso TO, Rangel DEN: The Third International Symposium on Fungal Stress – ISFUS., Fungal Biol 124(5):235-252., 2020 | | Pócsi I: The bZIP-type transcription factor FvAtfA regulates fumonisin, bikaverin and carotenoid productions in the maize pathogen Fusarium verticillioides, MycoTWIN-MycoKey International conference, Bari, Italy, 2021 | | Bákány, B., Yin, W.-B., Dienes, B., Nagy, T., Leiter, É., Emri, T., Keller, N.P., Pócsi, I.: Study on the bZIP-type transcription factors NapA and RsmA in the regulation of intracellular reactive species levels and sterigmatocystin production of Aspergillus nidul, Int J Mol Sci 22, Article number 1577, 2021 | | Kocsis Beatrix, Lee Mi-Kyung, Yu Jae-Hyuk, Nagy Tibor, Daróczi Lajos, Batta Gyula, Pócsi István, Leiter Éva: Functional analysis of the bZIP-type transcription factors AtfA and AtfB in Aspergillus nidulans, FRONTIERS IN MICROBIOLOGY 13: 1003709, 2022 | | Bákány Bernadett, Yin Wen-Bing, Dienes Beatrix, Nagy Tibor, Leiter Éva, Emri Tamás, Keller Nancy P., Pócsi István: Study on the bZIP-Type Transcription Factors NapA and RsmA in the Regulation of Intracellular Reactive Species Levels and Sterigmatocystin Production of Aspergillus nidulans, INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES 22: (21) 11577, 2021 | | Emri Tamás, Gila Barnabás, Antal Károly, Fekete Fanni, Moon Heungyun, Yu Jae-Hyuk, Pócsi István: AtfA-Independent Adaptation to the Toxic Heavy Metal Cadmium in Aspergillus nidulans, MICROORGANISMS 9: (7) p. 1433., 2021 | | Gila Barnabás Cs., Moon Heungyun, Antal Károly, Hajdu Márton, Kovács Réka, Jónás Andrea P., Pusztahelyi Tünde, Yu Jae-Hyuk, Pócsi István, Emri Tamás: The DUG Pathway Governs Degradation of Intracellular Glutathione in Aspergillus nidulans, APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY 87: (9) e01321-20, 2021 | | Leiter Éva, Emri Tamás, Pákozdi Klaudia, Hornok László, Pócsi István: The impact of bZIP Atf1ortholog global regulators in fungi, APPLIED MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY 105: pp. 5769-5783., 2021 | | Antal K., Gila B.C., Pócsi I., Emri T.: General stress response or adaptation to rapid growth in Aspergillus nidulans?, FUNGAL BIOLOGY 124: (5) pp. 376-386., 2020 | | Csillag Kinga, Emri Tamás, Rangel Drauzio E.N., Pócsi István: pH-dependent effect of Congo Red on the growth of Aspergillus nidulans and Aspergillus niger, FUNGAL BIOLOGY, 2022 | | Emri Tamás, Antal Károly, Gila Barnabás, Jónás Andrea P., Pócsi István: Stress Responses Elicited by Glucose Withdrawal in Aspergillus fumigatus, JOURNAL OF FUNGI 8: (11) 1226, 2022 | | Emri Tamás, Sümegi-Győri Veronika M, Páll Krisztián, Gila Barnabás Cs, Pócsi István: Effect of the combinatorial iron-chelation and oxidative stress on the growth of Aspergillus species., RESEARCH IN MICROBIOLOGY 173: (8) 103969, 2022 | | Gila BC, Antal K, Birkó Z, Keserű JS, Pócsi I, Emri T.: Strategies shaping the transcription of carbohydrate-active enzyme genes in Aspergillus nidulans, J Fungi (Basel) 8(1):79, 2022 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
