Fonalas növekedési állapot génexpressziós vizsgálata egy nem-patogén, haploid, dimorf gombában (Schizosaccharomyces japonicus)  részletek

súgó  nyomtatás 
vissza »

 

Projekt adatai

 
azonosító
106172
típus K
Vezető kutató Gálné dr. Miklós Ida
magyar cím Fonalas növekedési állapot génexpressziós vizsgálata egy nem-patogén, haploid, dimorf gombában (Schizosaccharomyces japonicus)
Angol cím Gene expression during filammentous growth, in a non-pathogenic dimorphic haploid yeast, Sch.japonicus
magyar kulcsszavak génexpresszió, hifa, dimorfizmus, élesztőgomba,
angol kulcsszavak gene expression, hypha, dimorphism, yeast
megadott besorolás
Mikrobiológia: virológia, bakteriológia, parazitológia, mikológia (Orvosi és Biológiai Tudományok)70 %
Molekuláris Biológia (Orvosi és Biológiai Tudományok)30 %
Ortelius tudományág: Molekuláris biológia
zsűri Immun-, Tumor- és Mikrobiológia
Kutatóhely TTK Genetikai és Alkalmazott Mikrobiológiai Tanszék (Debreceni Egyetem)
résztvevők Ács-Szabó Lajos
Barna Teréz
Madar Anett
Papp László Attila
Pfliegler Valter Péter
Sipiczki Mátyás
projekt kezdete 2013-01-01
projekt vége 2016-12-31
aktuális összeg (MFt) 26.112
FTE (kutatóév egyenérték) 7.29
állapot lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.

A patogén gombák jellegzetes tulajdonsága, hogy képesek a dimorfizmusra, azaz képesek átváltani az élesztőformából a fonalas növekedésre. Ez a képesség egyaránt megtalálható a növényi- és humánpatogén gombáknál. Kutatási adatok bizonyítják, hogy az élesztőformából fonalas állapotba való átváltás bonyolult folyamat, ami szorosan köthető a gombák fertőzőképességéhez, s befolyásolják a külső- és belső környezeti körülmények is. Így fontos a fonalas növekedés hátterében meghúzódó gének azonosítása és a működésüket befolyásoló környezeti tényezők megismerése.
Ezért a tervezett pályázatban a fonalas növekedéshez szükséges gének azonosítását és genetikai vizsgálatát egy nem patogén, de dimorfizmusra képes, haploid élesztőgombán tervezzük.
Célunk a dimorfizmusban szerepet játszó gének azonosítása génexpressziós vizsgálatok révén. Az itt kapott adatok alkalmasak lehetnek az identifikáción túlmenően, szignáltranszdukciós útvonalak megállapítására és összehasonlító genomikai vizsgálatokra. Ez utóbbi azért is érdekes lenne, mert a Sch. japonicus egy speciális ágát képviseli a gombáknak. A microarray vizsgálatokkal azonosított gének közül, kiválasztható lenne egy-két fontosabbnak ítélt gén, melyek genetikai manipulációját, („kiütését”) el lehetne végezni, s ezáltal a mutánsok vizsgálata révén, a gének szerepéről információt nyerhetnénk.
A pályázat originális abból a szempontból is, hogy a használni kívánt modellszervezetnél még nem alkalmaztak microarray vizsgálatot. Alapkutatás, melynek eredményei hozzájárulhatnak a fonalas növekedés genetikai hátterének megismeréséhez, megértéséhez, s ugyanakkor távlatosan még antifungális szerek célpontjait is megtalálhatjuk általuk.

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 patogén gombák esetén, kutatási adatok bizonyítják, hogy élesztőformából fonalas állapotba való átváltásuk a gombák fertőzőképességével szoros összefüggésben van. Így igen fontos a fonalas növekedés hátterében meghúzódó gének valamint a működésüket befolyásoló körülmények azonosítása.
Ezért az alapkérdésünk, hogy mely gének vesznek részt az Sch.japonicus fonalas növekedésében? Génexpressziós vizsgálatok segítségével ezek azonosíthatóak.
Milyen szignáltranszdukciós útvonalak tagjai ezek a gének? A kapott eredmények segítségével, bioinformatikai vizsgálatokkal, az adataink más irodalmi adatokkal való összevetésével erre is választ kaphatunk.
Mennyiben azonosak illetve különbözőek a kapott gének a más patogén dimorf gombáknál eddig azonosított génekkel? Az összehasonlító genomikai vizsgálatokkal erről is nyerhetünk információt. Ez érdekes eredményeket adhat, mivel az Sch.japonicus a gombáknak egy speciális ágát képviseli.
Mi lehet egyes gének funkciója? A microarray alapján feltételezhetően számos, különböző funkcióval rendelkező gén kerül majd elő, melyek közvetlenül vagy csak közvetetten vesznek részt a fonalas növekedésben. A felfedezett gének közül viszont kiválasztható egy-két jelentősebbnek ítélt, várhatóan fontosabb szereppel bíró gén. Ezeknél a gén kiütése, s a génhiány következményeinek vizsgálata választ adhat arra, hogy mi lehet az ő szerepük a morfológiai átváltásban.
Milyen környezeti befolyásoló (gátló vagy serkentő) tényezők hatnak a fonalas növekedésre? A hifaképzés „erősségének” vizsgálatára tervezett kísérleteink segítségével e tényezők is felfedhetők, s összehasonlíthatók más patogén gombáknál eddig azonosított befolyásoló tényezőkkel.

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!

A patogén gombák jellegzetes tulajdonsága, hogy képesek átváltani az élesztőformából a fonalas növekedésre. Ez az élesztőformából fonalas állapotba való átváltás szorosan köthető a gombák fertőzőképességéhez, virulenciájához. Így a fonalas növekedés hátterében meghúzódó gének azonosítása és a működésüket befolyásoló környezeti tényezők megismerése fontos lehet.
A pályázatban tehát a dimorfizmus genetikai hátterét szeretnénk vizsgálni.
A dimorfizmus vizsgálatára egy új modellszervezet alkalmazását javasoljuk, mely a fonalas növekedés kutatására rendkívül alkalmas. Nem patogén és haploid (azaz génjei viszonylag könnyen kiüthetők, a génhiány következményei pedig azonnal megnyilvánulnak). Ráadásul e faj teljes szekvenciája ismert, ami elősegíti a genetikai manipulációját.
A pályázat originális abból a szempontból is, hogy a használni kívánt modellszervezetnél még nem alkalmaztak microarray vizsgálatot. E vizsgálattal, felfedhetők mindazok a gének, amelyek vagy közvetlenül vagy közvetetten, de szerepet játszanak a fonalas növekedés kialakulásában, ezáltal a nem patogén formából a patogén formába való átváltásban. Az eredmények analízise, az összehasonlító genomikai vizsgálatok még arra is rávilágítanának, hogy a gombák különböző csoportjaiba tartozó, de egyaránt dimorf gombák fonalas növekedésében résztvevő gének mennyiben azonosak és mennyiben eltérőek.
A tervezett génkiütéses vizsgálatok pedig a dimorfizmusban szerepet játszó egy-két (feltehetően fontosabb szereppel bíró) gén funkciójának megismeréséhez is elvezetnének. Hiszen a gén inaktiválásának következményei azonnal kideríthetők, a mutáns sejtek vizsgálatával.
Információt szereznénk továbbá a környezeti befolyásoló tényezők fonalas növekedésre való hatásáról is.
A tervezett pályázat alapkutatás, melynek eredményei hozzájárulhatnak a fonalas növekedés genetikai hátterének megismeréséhez, megértéséhez. Ez egyben pedig a patogenitás folyamatának jobb megismerését tenné lehetővé. Eredményeink azonban felhasználhatóak lennének a későbbiekben más kísérletekhez is, amelyek hozzájárulhatnának ahhoz, hogy antifungális szerek új célpontjait is megtaláljuk.

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 adófizetők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI számára.

A patogén gombák egyik jellegzetes tulajdonsága, hogy képesek a dimorfizmusra, azaz képesek átváltani az élesztőformából a fonalas növekedésre. Ez a képesség egyaránt megtalálható a növényi- és humán patogén gombáknál. Kutatási adatok bizonyítják, hogy élesztőformából fonalas állapotba való átváltás igen bonyolult folyamat, ami köthető a gombák fertőzőképességéhez. Így igen fontos a fonalas növekedés hátterében meghúzódó gének és regulátoraik azonosítása és megismerése.
Mivel a Candida albicans patogén és diploid, azaz kétszeres kromoszóma garnitúrával rendelkezik, a genetikai vizsgálatokra kevésbé alkalmas, mint a haploid szervezetek. Ez utóbbiaknál ugyanis a gének megszakítása vagy kiütése egyszerűbb, s a következmények is azonnal megnyilvánulnak. Ezért a tervezett pályázatban a fonalas növekedéshez szükséges gének azonosítását és genetikai vizsgálatát egy nem patogén, de dimorfizmusra képes, haploid élesztőgombán, egy új modellszervezeten tervezzük. Ez a Schizosaccharomyces japonicus, mely jól tenyészthető laboratóriumi körülmények között, s genetikai vizsgálatokra is rendkívül alkalmas.
Célunk a dimorfizmusban szerepet játszó gének azonosítása génexpressziós kísérletek révén, s e gének bioinformatikai és genetikai vizsgálata.
A pályázat originális abból a szempontból is, hogy a használni kívánt modellszervezetnél még nem alkalmaztak microarray vizsgálatot. Alapkutatás, melynek eredményei hozzájárulhatnak a fonalas növekedés genetikai hátterének megismeréséhez, megértéséhez, s ugyanakkor távlatosan még antifungális szerek új célpontjait is megtalálhatjuk általuk.
angol összefoglaló
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.

Fungal pathogens, form phytopathogenic fungus to the human pathogens are able to alternate between the yeast-like form and filamentous form. This morphological transition (dimorphism) is in close connection with their pathogenic lifestyles.
The mechanisms governing these morphogenetic conversions and the genes are still not fully understood. Therefore, we wish to study the genetic background of dimorphism. We wish to use a simple, haploid eukaryotic and non-pathogenic model system. This is the Sch. japonicus, which belongs to a highly divergent phylogenetic branch of Fungi. It is a haploid microorganism with three chromosomes. It enables us to manipulate the genes easily and allows the prompt test of the consequences of a mutation.
In this project, we wish to perform microarray analyses. It could reveal genes and signal transduction pathways involved in the morphological transition of Sch. japonicus. The results enable us to compare the genes with the genes of other dimorphic fungi, which belong to different phylogenetic branch. In the second part, we wish to carry out the genetic analysis of genes got in the microarray analysis. Their deletions could reveal their function in the morphological switch.
The planned research will be the first attempt to identify genes involved in yeast–to hypha transition in Sch.japonicus, by microarray analysis. The results of gene expression experiment and the following gene manipulations can contribute to the better understanding of dimorphism. The proposed project is a basic research. However, the genes and their proteins found in this project can be later new possible targets of antifungal drugs.

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.

Fungal pathogens, form phytopathogenic fungus to the human pathogens are able to alternate between the yeast-like form and filamentous form. The most common fungal infection in human is candidasis. Candida albicans is able to overgrow under special physiological conditions, and can even cause death in immunocompromised patients. This morphological transition (dimorphism) is in close connection with their pathogenic lifestyles and with their responses to changing environmental conditions. The mechanisms governing these morphogenetic conversions and the dimorph genes are still not fully understood.
Our aim is to reveal the genes involved in the Sch.japonicus dimorphism. Therefore, we wish to perform microarray analyses. We could also reveal the signal transduction pathways involved in the morphological transition of Sch. japonicus. The microarray results enable us to compare the genes with the genes of other dimorphic fungi, which belong to different phylogenetic branch.
Some important genes identified by microarray analysis can be manipulated. Their deletions can easily be done. These experiments would enable us to understand their functions in the process of filamentous growth.
We mentioned above, that physiological conditions and environment can influence the morphological transition. Therefore, we plan to determine the most optimal environment for filamentous growth of Sch.japonicus. As amino acids, pH, temperature etc. can alter the degree of yeast–to hypha transition, we plan to culture the wild-type Sch. japonicus cells on solid media containing different types of substrates, different pHs and temperatures etc.

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.

Fungal pathogens, form phytopathogenic fungus (e.g.Ustilago maydis) to the human pathogens are able to alternate between the yeast-like form and filamentous form. This morphological transition (dimorphism) is in close connection with their pathogenic lifestyles and with their responses to changing environmental conditions. The most common fungal infection in human is candidasis. Candida albicans is able to overgrow under special physiological conditions, and can even cause death in immunocompromised patients. The nature of disease resulting from tissue invasion is complex and depends on a variety of physical and physiological conditions in the host.
The Candida species are pathogenic. Furthermore, the Candida albicans is diploid with eight pairs of chromosomes, so studying of gene function is not too easy in it. Therefore, we suggest a new model system, the fission yeast Sch. japonicus. Its cells grow fast, which makes this organism very suitable for breeding. Furthermore, the filamentous morphology can be studied in the non-pathogenic Sch. japonicus very well, as it shows morphological transitions. It has a haploid genome, which allows us the genetic manipulation. Auxothrophic mutant strains and vectors are available for the Sch. japonicus.
The planned research will be the first attempt to identify genes involved in yeast–to hypha transition in Sch.japonicus, by microarray analysis. The results of gene expression experiment could reveal large number of genes involved in the morphological transition. It enables us to determine the functional categories, chromosomal localisation of the genes and the signal transduction pathways. It makes it possible to carry out comparative analyses. The results mentioned above, and the following gene manipulations can contribute to the better understanding of dimorphism. The proposed project is a basic research. However, the genes and their proteins found in this project can be new possible targets of antifungal drugs.

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 NKFI in order to inform decision-makers, media, and the taxpayers.

Fungal pathogens are able to alternate between the yeast-like form and filamentous form. This morphological transition (dimorphism) is in close connection with their pathogenic lifestyles.
The mechanisms governing these morphogenetic conversions and the dimorph genes are still not fully understood.
We suggest a new, simple, eukaryotic model system for the genetic experiments of dimorphism. This is the Sch. japonicus, which belongs to a highly divergent phylogenetic branch of Fungi. It is a very attractive microorganism for studying of dimorphism, as its cells are non-pathogenic, but show morphological transition. It is a haploid microorganism. A haploid genome enables us to manipulate the genes easily and allows the prompt test of the consequences of a mutation.
In this project, we will focus on the genes involved in the dimorphism of Sch. japonicus. We wish to perform microarray analyses, which reveal genes and signal transduction pathways involved in the morphological transition. The results enable us to compare the genes with the genes of other dimorphic fungi. Later, we wish to carry out the genetic analysis of some genes. It can easily be done, and the deletions could reveal their functions in the morphological switch.
The planned research will be the first attempt to identify genes involved in yeast–to hypha transition in Sch.japonicus, by microarray analysis. The results of gene expression experiment and the following gene manipulations can contribute to the better understanding of dimorphism. The proposed project is a basic research. However, the genes and their proteins found in this project can be later new possible targets of antifungal drugs.





 

Zárójelentés

 
kutatási eredmények (magyarul)
A patogén gombák egyik fontos jellemzője, hogy képesek különböző morfológiai formában is növekedni. Ezt a tulajdonságukat dimorfizmusnak nevezik, ami szoros kapcsolatban van a fertőzőképességükkel. Mivel a kiterjedt kutatások ellenére sem ismertek még teljesen e folyamat részletei és a benne résztvevő gének, így e pályázatunkban a dimorfizmus környezeti körülményekkel való kapcsolatának és a genetikai hátterének megismerésére, megértésére törekedtünk. Eredményként sikerült meghatározni a fonalas növekedés optimális körülményeit, illetve az azt gátló és serkentő anyagokat. Közülük is a gátló anyagok különösen fontosak lehetnek a későbbiekben a gombafertőzések elleni védekezésben. A molekuláris mechanizmus megismerése és jobb megértése érdekében pedig genomszintű transzkripciós vizsgálatokat hajtottunk végre, aminek segítségével a fonalas növekedésben résztvevő géneket be tudtuk azonosítani. Az eredményeink arra is rávilágítottak, hogy a fonalas növekedés igen komplex folyamat, mely különböző géncsoportok működését igényli. Mivel számos regulator gén is volt a felfedezett gének között, s feltételeztük, hogy ezek meghatározott géncsoportokat szabályoznak, így ezen géncsoportok azonosítására és a regulátorok pontos szerepének kiderítésére két mutáns törzs fenotípusos és molekuláris vizsgálatát is elvégeztük.
kutatási eredmények (angolul)
An important feature of the pathogenic yeasts is their ability to switch between different morphological forms (called dimorphism), which is thought to be critical for their pathogenesis. Despite the intensive study of dimorphism, its mechanisms and the dimorphic genes are still not fully understood. Thus, in this project, relationship between environmental conditions and dimorphism, genetic background and signal transducing pathways of the mycelial growth were investigated. As a result, we managed to determine optimal environmental conditions, activators and inhibitors of hyphae production. These materials, especially inhibitors, can later become potential antifungal agents and can play an important role in the protection against fungal infections. To better understand the molecular mechanism of dimorphism, genome-wide transcriptional profiling of hyphae was carried out, which enabled us to identify the genes which are involved in the mycelial growth of S. japonicus. These results showed that the yeast-to-hyphae morphological shift and hyphae elongation were very complex processes, which require a wide variety of gene-sets. Since regulator genes (e.g. transcriptional regulators, kinases) were also found among the filament associated genes, it could be assumed that these regulators act on further genes and regulate defined groups of the dimorphic genes. To reveal the exact roles of these regulators in dimorphism their phenotypic and molecular analysis were also carried out.
a zárójelentés teljes szövege https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=106172
döntés eredménye
igen





 

Közleményjegyzék

 
Pataki E, Sipiczki M, Miklos I.: Schizosaccharomyces pombe rsv1 Transcription Factor and its Putative Homologues Preserved their Functional Homology and are Evolutionarily Conserved., Curr Microbiol. 2017 Jun;74(6):710-717., 2017
László Papp • Matthias Sipiczki • Ida Miklós: Expression pattern and phenotypic characterization of the mutant strain reveals target genes and processes regulated by pka1 in the dimorphic fission yeast Schizosaccharomyces japonicus,, Curr Genet, DOI 10.1007/s00294-016-0651-x, 2016
Emese Pataki, Ronit Weisman, Matthias Sipiczki, Ida Miklos: fhl1 gene of the fission yeast regulates transcription of meiotic genes and nitrogen starvation response, downstream of the TORC1 pathway, CUGE-D-16-00038R1, 2016
László Papp, Mátyás Sipiczki, Imre J. Holb, Ida Miklós: Optimal conditions for mycelial growth of Schizosaccharomyces japonicus cells in liquid medium: it enables the molecular investigation of dimorphism, YEAST 31: 475-482, 2014
Emese Pataki, Matthias Sipiczki, Ida Miklos: Schizosaccharomyces pombe rsv1 transcription factor and its putative homologues preserved their functional homology and are evolutionarily conserved, bírálat alatt, 2017
László Attila Papp, Matthias Sipiczki, Ida Miklós: Transcription profiling reveals genes involved in the mycelial growth of Schizosaccharomyces japonicus, írás alatt, 2017
Papp L.A., Miklos I., Sipiczki M: Environmental sensing through protein kinase A in Schizosaccharomyces japonicus,, http://yeastconference.sk/wp-content/uploads/2013/12/ISSY_Abstractbook13.pdf, 2013
Papp László Attila: Dimorfizmus vizsgálata Schizosaccharomyces japonicusban, http://group.szbk.u-szeged.hu/minikonf/Z-files/arch/prg2014.pdf, 2014
Miklós Ida: Biofilmképzés genetikai hátterének vizsgálata fonalas gombában, http://www.unideb.hu/portal/node/14223, 2014
László Papp, Mátyás Sipiczki, Imre J. Holb, Ida Miklós: Optimal conditions for mycelial growth of Schizosaccharomyces japonicus cells in liquid medium: it enables the molecular investigation of dimorphism, YEAST 31: 475-482, 2014
László Attila Papp, Matthias Sipiczki, Ida Miklós: Protein kinase A signalling in the dimorphic fission yeast Schizosaccharomyces japonicus, http://hunlifesci.hu/wp-content/uploads/2015/03/hunlifesci_book_final_web.pdf, 2015
Lajos Ács-Szabó, László Attila Papp, Matthias Sipiczki, Ida Miklós: Conserved synteny and gene order determination in Schizosaccharomyces, http://hunlifesci.hu/wp-content/uploads/2015/03/hunlifesci_book_final_web.pdf, 2015
László Papp, Mátyás Sipiczki, Imre J. Holb, Ida Miklós: Optimal conditions for mycelial growth of Schizosaccharomyces japonicus cells in liquid medium: it enables the molecular investigation of dimorphism, YEAST, 31:475-482., 2014
Ács-SzabóL., Miklos I., Sipiczki M: Isolation of Schizosaccharomyces japonicus mutants, which are defective in morphological transition, ISSN 1336-4839, 2013





 

Projekt eseményei

 
2014-10-07 09:43:20
Résztvevők változása
2013-09-20 10:02:43
Résztvevők változása




vissza »