Histone H3 lysine 56 acetylation and deacetylation pathways as targets for novel antifungal therapies in Candida albicans

Candida albicans est un important agent pathogène fongique opportuniste qui est inoffensif pour les individus en bonne santé, mais provoque des infections systémiques potentiellement mortelles chez les personnes dont le système immunitaire est compromis. L’infection invasive causée par C. albicans chez les patients immunodéprimés conduit à un taux de mortalité significatif. Les options thérapeutiques actuelles sont limitées par l'émergence de souches pharmaco- résistantes ou d'effets secondaires indésirables. Par conséquent, il existe un besoin urgent de trouver de nouvelles cibles de médicaments spécifiques à ces levures pour surmonter les limites des médicaments existants. Cette thèse consiste en deux articles de recherche.  Le premier article fait l’étude de l'acétylation de l'histone H3 lysine 56 (H3K56), une modification post-traductionnelle abondante qui joue un rôle important dans la survie des dommages à l'ADN et favorise la virulence chez C. albicans. H3K56 est acétylée par l'histone acétyltransférase Rtt109 (HAT), et désacétylée par Hst3 (HDAC). Ces deux enzymes ont des propriétés spécifiques aux levures et sont des cibles antifongiques prometteuses. Des études antérieures chez Saccharomyces cerevisiae ont montré que les chaperons d'histones ScAsf1 et ScVps75 contrôlent l'activité de ScRtt109 et la spécificité du substrat. ScRttl09 et ScAsfl agissent de manière concertée pour acétyler H3K56, tandis que le complexe ScRttl09-Vps75 acétyle plusieurs résidus de lysine dans la queue N-terminale de l'histone H3. Chez C. albicans, les rôles de Rtt109 et H3K56ac dans la survie aux dommages de l'ADN sont conservés. Cependant, les spécificités fonctionnelles et de substrat de CaRtt109 quand elle coopère avec les chaperones d'histone CaAsf1 ou CaVps75 n'ont pas été étudiées. Dans cette étude, nous avons utilisé des méthodes de génétique, de biochimie et de spectrométrie de masse pour identifier et caractériser les rôles de Asf1 ou Vps75 et leur fonctionnement avec Rtt109 chez C. albicans. De manière inattendue, les cellules de C. albicans dépourvues de Vps75 présentent des niveaux plus faibles de H3K56ac que les cellules de type sauvage et, conséquemment, sont plus résistantes que les cellules de type sauvage au nicotinamide, un inhibiteur de la sirtuine Hst3 qui tue les cellules de C. albicans en provoquant une hyperacétylation de H3K56 et des dommages irréparables à l'ADN. Nous mettons en évidence que l'holoenzyme CaRtt109-Vps75 peut directement acétyler H3K56 in vitro. Nous montrons également que les faibles niveaux inattendus de H3K56ac trouvés dans des cellules dépourvues de Vps75 peuvent être attribués, au moins en partie, à l'instabilité de Rtt109 en l'absence de son partenaire Vps75. De plus, nos études montrent que, en plus d'aider Rtt109 à promouvoir   H3K56ac, Asf1 est essentiel pour la viabilité de C. albicans où il joue un rôle dans le maintien de l'intégrité des chromosomes.  Hst3 appartient à la classe des désacétylases NAD+, appelées sirtuines, qui peuvent être inhibées par le produit de la réaction nicotinamide (NAM). L'inhibition de Hst3 par NAM conduit à une hyper-acétylation de H3K56, à des dommages catastrophiques à l'ADN et à la létalité. Dans un effort pour améliorer le potentiel clinique de NAM, nous avons étudié son devenir métabolique chez C. albicans. NAM est un précurseur d'une voie de sauvetage canonique qui génère NAD +. Nous avons émis l'hypothèse que les cellules dépourvues de Pnc1 nicotinamidase, qui convertit le NAM en acide nicotinique (NA), seraient plus sensibles au NAM que les cellules de type sauvage. Malgré le fait que Pnc1 était la seule nicotinamidase chez C. albicans, les concentrations de NAM et la cytotoxicité étaient, au mieux, légèrement plus élevées chez les mutants pnc1 que chez les cellules de type sauvage. Ces résultats suggèrent l'existence d'un mécanisme indépendant de Pnc1 qui limite l'accumulation de NAM et, par conséquent, restreint sa capacité à inhiber Hst3. Pour identifier le mécanisme sous-jacent, nous avons généré plusieurs mutants dépourvus d'enzymes impliquées dans la biosynthèse de NAD+ et effectué des expériences avec la NAM marquée aux isotopes lourds et la spectrométrie de masse. Nos résultats démontrent l'existence d'une conversion non-canonique, indépendante de Pnc1, de NAM en NAD+ qui n'a jamais été rapportée chez les champignons. Nous montrons que cette conversion se produit, au moins en partie, par l'inversion de l'activité de la sirtuine et fournit l'évidence de l'inversion des sirtuines in vivo. Cependant, nous avons pu démontrer que cette voie ne peut pas être la seule source de NAD+ et maintenir la viabilité aux concentrations physiologiques de NAM.

Keyphrases: Candida albicans, Rtt109, Nicotinamide