Host-pathogen interaction in vulvovaginal candidiasis: Regulation of COX-2 and iPLA2 genes in host cell survival and apoptosis in Candida albicans-infected HeLa cells

Abstract

Upon infection with C. albicans, several signal transduction pathways are triggered in host cells. In HeLa cells, maximum expression of COX-2 mRNA was observed after 6 hours of infection with C. albicans and this activation was mediated via NF-kB activity. Regulation of NF-kB transactivation function is controlled at several levels, including interaction with coactivator proteins. In the present study, we showed that the transactivation function of NF-kB is also regulated through interaction of p65 subunit of NF-kB with HDAC-1 corepressor protein. HDAC-1 recruits directly p65 subunit of NF-kB and likely exerts its corepressor function. Strikingly, we found that the expression of Gam-1, an early gene product of the avian adenovirus CELO, which is essential for viral replication, increased the level of COX-2 transcription through the NF-kB in a similar way, as with the HDAC inhibitor TSA. In support of this, we showed that transient transfection of HDAC-1 is able to repress C. albicans- induced NF-kB-mediated COX-2 gene activation. Moreover, TSA treatment drastically incrased the hyperacetylation of the C. albicans-induced histone H3. We observed these changes in nuclear transcription, thereby demonstrating that the fungal infection can induce in vivo chromatin remodeling events to stimulate the inflammatory genes. Furthermore, we have shown that C. albicans possesses a potent active calcium-independent PLA2 enzyme, which in cooperation with cPLA2, is capable of releasing AA from membrane phospholipids of the host cell. This AA is subsequently converted by COX-2 to PGE2. Seemingly, PLA2 activity of C. albicans and not of host cell PLA2 causes the initial cleavage of AA from membrane lipids of host cell. This process then leads to activation of host cell PLA2. A complete inhibition of C. albicans- mediated NF-kB-regulated COX-2 activation, and PGE2 production in HeLa cells was achieved by the inhibition of iPLA2. These imply that iPLA2 not only plays a key role in the signaling for AA release and PGE2 production in C. albicans- infected HeLa cells. Next, we investigated the C. albicans-induced apoptosis of host cells. In this study, we report that C. albicans-infected HeLa cells undergo apoptosis under strict regulation of cellular iPLA2 and TLR2. The caspase-3 activation, which mediates the cleavage of multiple substrates to cause characteristic alteration that occur during apoptosis, was maximally elevated almost 6 hours before the onset of apoptosis. Moreover, caspase-3-mediated apoptosis of HeLa cells followed the classical death receptor pathway in which TLR2 triggers the signaling by recruitment of FADD containing protein and caspase-8. Dissection of early and late responses to Candida albicans infection revealed that cellular iPLA2-mRNA expression first increased for 6 hours, but subsequently declined until 18 hours and finally disappeared. Concomitantly, the onset of apoptosis was detected at 12 hours, and continued until 30 hours and then decreased. To confirm the role of iPLA2, we transfected an iPLA2 containing plasmid in HeLa cells and infected with C. albicans. No apoptosis was observed in cells overexpressing iPLA2 until 24 hours. Conversely, when HeLa cells pretreated with iPLA2 inhibitor BEL were challenged with C. albicans, an earlier onset of apoptosis after 8 hours was observed. Moreover, BEL caused upregulation of TLR2 mRNA and increased apoptosis in infected cells. We therefore conclude that iPLA2 functions as a key regulator for tuning of TLR2-mediated apoptosis in Candida-infected HeLa cells.

Infektion von pathogenische Pilz Candida albicans führte zur Aktivierungen einige Signal-Tranduktionswegen in Säugetier-Zellen. In Hela Zellen wurde die maximale COX-2 Genexpression 6 Stunden nach der Infektion beobachtet. Die Aktivierung von COX-2 ist von NF-kB Singal-Transduktionswege vermittelt. Die transkriptionale Aktivität von NF-kB konnte auf verschiedene Ebene reguliert werden. Beispielweise, die Wechselwirkung zwischen verschiedene Ko- Aktivatoren. In diese Arbeit haben wir aufgewiesen, dass die transkriptionale Aktivität von NF-kB von Wechselwirkung zwischen p65 Untereinheit von NF-kB und Ko-Repressor HDAC-1 reguliert wurde. HDAC-1 rekrutiert direkt mit p65 Untereinheit von NF-kB und möglicherweise, ausübt ihre Rolle als Ko- Repressoren. Insbesondere, wir haben gefunden, dass die Expression von Gam-1, eine früher Genprodukt von Avian-Adenovirus, CELO, die für Virus-Replikation zuständig ist, zur Steigerung der COX-2 Transkriptionsniveau, ähnlicherweise wie HDAC-1 Inhibitor TSA, durch NF-kB Signal-Trasduktionsweg führte. Als weitere Unterstützung haben wir nachgewiesen, dass die überexpremierte HDAC-1 in Hela-Zellen durch transiente Transfktion zur Repression der C. albicans- induzierte und durch NF-kB vermittelte COX-2 Genexpression führte. Außerdem, in TSA behandelte und C. albicans infizierte Hela-Zellen wurde dramatische Erhöhung der Hyperacetylation von Histon H3 beobachtet. Wir haben die Einfluss von C. albicans Infektion in Hela-Zellen auf der nukleare Trankriptionsebene untersucht. Dadurch wird demonstriert, dass Pilz Infektion zur Chromatin- Remodeling und die Stimulierung der entzündbare Genexpression führen kann. Weiterhin, haben wir nachgewissen, dass Zusammenarbeit eines Calcium-abhängige PLA2 ähnliche Enzym PLB3 aus C. albicans mit cPLA2 of Wirtzellen für Befreiung der AA aus Membran-Phospholipiden von Wirtzellen zuständig ist. Die AA wird im Weiterhin zu PGE2 umgebaut. Die PLA2-Aktivität aus C. albicans führte zur Anfangsspaltung von AA aus Membranenlipiden der Wirtzellen. Dadurch wird PLA2 von Wirtzellen aktiviert. Inhibition der iPLA2 führte zu einer vollständige Hemmung der C. albicans vermittelte, NF-kB-regulierte COX-2 Aktivierung und PGE2-Produktion. Es bedeutet, dass iPLA2 nicht nur für die Signal-Tranduktion der AA-Befreiung sondern auch für PGE2 Produktion in C. albicans infizierte Hela-Zellen eine entscheidende Rolle spielt. Nächste, wir haben die von C. albicans induzierter Apoptosis in Hela-Zellen untersucht. C. albicans infizierte Hela Zelle erfahren Apoptosis, der von zelluläre iPLA2 und TLR2 reguliert wird. Caspase-3, durch Spaltungen der mehrfach Substrate, führte zur charakteristische Änderung, die in apoptotische Zellen auftreten. Caspase-3 Aktivität erreichte Maximum 6 Stunden vom Apoptosiseinbruch. Außerdem, Caspase-3 vermitteltet Apoptosis in Hela Zellen löst die klassische Tod- Rezeptor Signaltransductionsweg aus. Proteine, TLR2, FADD und Caspse-8 sind als Signal-Transducer involviert. Verteilung der Wirkung von C. albicans Infektion zu frühe und späte Phasen hat gezeigt, dass zelluläre iPLA2 Expression bis Maximum auf mRNA-Ebene 6 Stunden nach der Infektion steigt und danach bis 18 stunden nach der Infektion reduziert und dann verswunden. Gleichzeitig wurde Apoptosiseinbruch 12 stunden nach der Infektion detektiert, bis 30 Stunden nach der Infektion verbleibt und dann reduziert. Um die Rolle von iPLA2 zu bestätigen, iPLA2 überexprimierte Hela-Zelle wurde mit C. albicans infiziert. Bis 24 Stunden nach der Infektion wurde keine Apoptosis beobachtet. Umgekehrt, wurde eine frühe Apoptosiseinbruch 8 Stunden nach der extra Behandlung der Hela-Zellen mit iPLA2 Inhibitor, BEL gesehen. Darüber hinaus, BEL-Behandlung führte zu Erhöhung der TLR2 mRNA und Apoptosis in C. albican infizierte Hela-Zellen. Wir können also folgen, dass iPLA2 als eine entscheidende Regulator für TLR2 abhängige Apoptosis in Candida infizeirte Hela-Zellen.