カンジダアルビカンスバイオフィルム遺伝子回路は、最近の分子ヒストンイノベーションによってクロマチンレベルで調節されました

ヒストンH3とその変異体は遺伝子発現を調節しますが、後者はほとんどの陽性真菌には存在しません。ここでは、ヒトの病原体であるカンジダ・アルビカンスを含む子嚢菌のCTGクレードに排他的存在するため、H3VCTGを指定したバリアントヒストンH3の同定を報告します。C. albicansは、浮遊性の成長モードで単一酵母細胞と菌糸フィラメントの両方として成長します。また、適切な条件下でも、宿主と人間のカテーテル材料に3次元バイオフィルム構造を形成します。C. albicansのH3VCTGヌル（HHT1/HHT1）細胞は生存可能ですが、in vitroおよびin vivo条件の両方で野生型細胞よりも堅牢なバイオフィルムを生成します。実際、プランクトンおよびバイオフィルム細胞の比較トランスクリプトーム分析は、バイオフィルム回路がH3VCTGヌル細胞で大幅に変化していることを明らかにしています。H3VCTGは、バイオフィルムの成長中よりもプランクトン細胞の多くのバイオフィルム関連遺伝子のプロモーターにより効率的に結合しますが、対応するプロモーター上のコアカノニカルヒストンH3の結合はほとんど変化しません。さらに、マスターレギュレーターに関連するバイオフィルム欠陥、すなわち、バイオフィルムおよび細胞壁レギュレーター1（BCR1）、トランスポゾン増強制御1（TEC1）、および非ジティロシン80（NDT80）は、H3VCTGを欠く細胞で有意に救助されます。その同族プロモーター結合部位での転写因子BCR1の占有率は、プランクトン形態の成長にH3VCTGの非存在下で強化され、バイオフィルム特異的遺伝子の転写が強化されることがわかった。さらに、H3VCTGの31番目と32位でのバリンとセリンの共起が、その機能にそれぞれ不可欠であることを実証します。まとめると、単細胞生物でさえ、異なる遺伝子発現パターンがクロマチンレベルでの特定のヒストンH3タイプの相対的な占有によって調節されることを示します。

Histone H3 and its variants regulate gene expression but the latter are absent in most ascomycetous fungi. Here, we report the identification of a variant histone H3, which we have designated H3VCTG because of its exclusive presence in the CTG clade of ascomycetes, including Candida albicans, a human pathogen. C. albicans grows both as single yeast cells and hyphal filaments in the planktonic mode of growth. It also forms a three-dimensional biofilm structure in the host as well as on human catheter materials under suitable conditions. H3VCTG null (hht1/hht1) cells of C. albicans are viable but produce more robust biofilms than wild-type cells in both in vitro and in vivo conditions. Indeed, a comparative transcriptome analysis of planktonic and biofilm cells reveals that the biofilm circuitry is significantly altered in H3VCTG null cells. H3VCTG binds more efficiently to the promoters of many biofilm-related genes in the planktonic cells than during biofilm growth, whereas the binding of the core canonical histone H3 on the corresponding promoters largely remains unchanged. Furthermore, biofilm defects associated with master regulators, namely, biofilm and cell wall regulator 1 (Bcr1), transposon enhancement control 1 (Tec1), and non-dityrosine 80 (Ndt80), are significantly rescued in cells lacking H3VCTG. The occupancy of the transcription factor Bcr1 at its cognate promoter binding sites was found to be enhanced in the absence of H3VCTG in the planktonic form of growth resulting in enhanced transcription of biofilm-specific genes. Further, we demonstrate that co-occurrence of valine and serine at the 31st and 32nd positions in H3VCTG, respectively, is essential for its function. Taken together, we show that even in a unicellular organism, differential gene expression patterns are modulated by the relative occupancy of the specific histone H3 type at the chromatin level.