The \(Candida\) \(albicans\) quorum-sensing molecule farnesol impairs dendritic cell function by modulating the \(de\) \(novo\) synthesis of sphingolipids

Autor: Batliner, Maria
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2024
Předmět:
Druh dokumentu: Doctoral Thesis<br />Doctoral Thesis
DOI: 10.25972/OPUS-37573
Popis: Farnesol (FOH), an acyclic sesquiterpene alcohol and the first described quorum-sensing molecule in an eukaryotic organism, is produced by the opportunistic fungal pathogen Candida albicans to regulate the initiation of filamentation and biofilm formation. Previous studies have found immunomodulatory effects of FOH in monocyte-derived dendritic cells (DCs). FOH regulated transcriptional response and phenotype in DCs, which led to insufficient T cell priming. The effects of FOH on DC maturation were partially regulated through the activation of the nuclear receptor peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPAR-γ). Another ligand of PPAR-γ, the bioactive sphingolipid metabolite sphingosine 1-phosphate (S1P), impaired DC maturation. Sphingolipids are important components of cellular membranes that have been implicated in the establishment of infections and can affect immune cell function. Given the importance of sphingolipids during infection and the immunomodulatory role of FOH, the aim of the present study was to detect changes in sphingolipid metabolism induced by FOH and analyze the underlying mechanisms and consequences for DCs. Therefore, metabolites of the sphingolipid synthesis in DCs differentiated from monocytes in the presence of FOH were detected by HPLC-MS/MS. FOH induced significant changes in the de novo biosynthesis of sphingolipids by increasing the enzymatic activity of the first enzyme in this pathway, the serine palmitoyltransferase, which led to increased levels of downstream metabolites 3-keto-dihydrosphingosine, dihydrosphingosine, and dihydrosphingosine 1-phosphate. Further, FOH inhibited the activity of the last enzyme of the de novo synthesis of sphingolipids, the dihydroceramide desaturase (Des), via the induction of oxidative stress, resulting in the accumulation of dihydroceramide and dihydrosphingomyelin, and reduced levels of ceramide. In the presence of FOH, DCs reduced their mitochondrial respiration, an observation that has been previously linked to increased levels of dihydroceramide. The effects of FOH on the sphingolipid metabolism further influenced phospholipid metabolism and neutral lipid synthesis measured by UPLC-qTOF-MS, causing a reduction diacylglycerol and an increase in cellular triacylglycerol which resulted in the formation of lipid droplets. The inhibition of Des by specific inhibitors affected the DC phenotype and reduced pro-inflammatory type I IFN secretion, similar to FOH. Consequently, inhibition of Des by FOH or chemical inhibitors impaired DCs to prime IFN-γ producing T cells. Importantly, the regulatory effects of FOH on sphingolipid metabolism, triacylglycerol synthesis and mitochondrial respiration was not dependent on PPAR-γ activation. In summary, the study showed a novel effect of FOH on different lipid pathways and mitochondrial function that impaired the antigen-presenting abilities of DCs and resulted in failure to prime T cells, indicating that C. albicans can manipulate host cell metabolism and immune response via its quorum-sensing mechanism.
Farnesol (FOH), ein Alkohol aus der Gruppe der Terpene und das erste beschriebene Quorum-Sensing Molekül in einem eukaryontischen Organismus, wird von dem opportunistischen und pathogenen Pilz Candida albicans produziert. C. albicans nutzt FOH um die Hyphenbildung und Formation von Biofilmen zu regulieren. Vorherige Studien konnten immunomodulatorische Effekte von FOH auf die Differenzierung von Monozyten zu Dendritischen Zellen (DZ) nachweisen. FOH regulierte die Transkription und den Phänotyp von DZ, was zu einer unzureichenden T-Zell Aktivierung führte. Die Auswirkungen von FOH auf die Differenzierung und Reifung von DZ wurden teilweise durch die Aktivierung des Nuklearrezeptors peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPAR-γ) reguliert. Ein weiterer Ligand von PPAR-γ, der Lipidmediator Sphingosin 1-phosphat (S1P), beeinträchtigte die Reifung von DZ, ähnlich wie FOH. Sphingolipide sind wichtige Bestandteile von Zellmembranen, die den Ablauf von Infektionen und die Funktion von Immunzellen beeinflussen können. Angesichts der bedeutenden Rolle von Sphingolipiden während der Infektion und der immunmodulatorischen Rolle von FOH, war das Ziel der vorliegenden Studie die durch FOH induzierten Veränderungen im Sphingolipid Stoffwechsel zu erforschen und die zugrunde liegenden Mechanismen und Folgen für DZ zu analysieren. Daher wurden die Effekte von FOH auf die Metabolite der Sphingolipid Synthese in DZ, die aus Monozyten differenziert wurden, mittels HPLC-MS/MS nachgewiesen. FOH verursachte signifikante Veränderungen in der de novo Biosynthese von Sphingolipiden. Die Aktivität des ersten Enzyms der Sphingolipid Synthese, die Serine Palmitoyltransferase, war durch Zugabe von FOH in DZ erhöht. Dies führte zu einem Anstieg der entstandenen Metaboliten 3-Keto-Dihydrosphingosin, Dihydrosphingosin und Dihydrosphingosin 1-phosphat. Zudem hemmte FOH durch die Erzeugung von oxidativem Stress die Aktivität des letzten Enzyms der de novo Synthese von Sphingolipiden, Dihydroceramid Desaturase (Des). Dies führte zu einer Anhäufung an Dihydroceramid und Dihydrosphingomyelin, sowie zu einer Verringerung des Ceramidspiegels. Darüber hinaus verringerte FOH die mitochondriale Atmung in DZ. Diese Beobachtung wurde in vorherigen Studien mit erhöhten Dihydroceramidwerten in Verbindung gebracht. Die Auswirkungen von FOH auf den Sphingolipid Stoffwechsel beeinflussten außerdem den Phospholipid Stoffwechsel und die Synthese neutraler Lipide, die mittels UPLC-qTOF-MS gemessen wurden. Die Zugabe von FOH führte zu einer Verringerung des Diacylglycerolspiegels und zu einem Anstieg von zellulärem Triacylglycerol, was zur Bildung von Lipidtropfen führte. Die Hemmung von Des durch spezifische Inhibitoren wirkte sich auf den Phänotyp der DZ aus und verringerte die Sekretion von pro-inflammatorischem Typ I IFN, ähnlich wie FOH. Folglich beeinträchtigte die Hemmung von Des die Fähigkeit der DZ IFN-γ produzierende T-Zellen zu aktivieren. Die Regulierung des Sphingolipid Stoffwechsels, der Triacylglycerol Synthese und der mitochondrialen Atmung durch FOH war nicht von der PPAR-γ Aktivierung abhängig. Zusammenfassend zeigte die Studie eine neuartige Wirkung von FOH auf verschiedene Lipidstoffwechsel und die mitochondriale Funktion in DZ, die zur Beeinträchtigung der Antigen-Präsentation von DZ führte und T-Zell Aktivierung verhinderte. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass C. albicans den Stoffwechsel der Wirtszellen und die Immunantwort über seinen Quorum-Sensing Mechanismus manipulieren kann.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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