Rad53在白色念珠菌中调控着基因毒性抗性、形态发生和毒力等多条不同的代谢途径：通过过表达分析揭示其调控机制的解耦现象

《Virulence》：Rad53 orchestrates divergent pathways governing genotoxic resistance, morphogenesis, and virulence in Candida albicans: Mechanistic decoupling through overexpression analysis

DNA损伤应答通路中Rad53通过调控转录因子Rfx1增强抗性并抑制隐球菌菌丝形成和毒力，其激酶结构域突变可逆转上述表型。研究揭示了Rad53在基因组稳定性、发育可塑性及致病性中的多向调控作用。

　　DNA损伤反应（DDR）是细胞应对基因组损伤的一种核心机制，通过检测基因组异常并暂停细胞周期，为DNA修复提供充足的时间。这种机制在多种生物中具有高度保守性，包括真菌。本文研究了在Candida albicans中Rad53蛋白的功能，该蛋白作为DDR中的关键效应激酶，其激活对于维持基因组稳定性至关重要。通过构建Rad53过表达菌株，研究者发现该蛋白不仅在DNA修复中起重要作用，还参与了细胞形态变化和致病性的调控，这为理解DDR在真菌致病性中的作用提供了新的视角。

Rad53的激活通常涉及磷酸化过程，这使得其能够调节一系列基因表达，从而协调细胞周期停滞和修复过程。在C. albicans中，Rad53的缺失会导致细胞无法正常进行丝状生长，并且在小鼠模型中会显著降低其致病能力。然而，当Rad53被过表达时，其功能表现出双重特性：一方面增强了细胞对基因毒性应激的抵抗能力，另一方面却抑制了丝状生长，进而影响了致病性。这种现象表明，Rad53的调控作用远不止于DNA修复，它还与细胞形态变化和致病性密切相关。

为了深入理解Rad53的功能，研究者进行了全基因组转录组分析，发现其过表达显著上调了多个DNA修复和复制相关基因的表达，如RFA3、POL30等，同时也影响了非典型的DDR目标基因，如细胞壁重塑因子。通过比较Rad53缺失和过表达的转录组，研究者识别出多个转录因子，特别是Sfl1、Yox1和Rfx1，这些因子在Rad53调控的基因表达中起关键作用。其中，Rfx1在Rad53过表达或缺失时均显示出对基因毒性应激抵抗的调节作用。有趣的是，Rad53的过表达会显著抑制菌丝形成和致病性，而其激酶活性丧失的突变体（Rad53-KD）则能够恢复这些缺陷。值得注意的是，Rad53在调控菌丝形成方面的功能似乎与Rfx1无关，这表明其在不同生物学过程中的作用可能存在不同的调控机制。

研究者进一步通过酵母单杂交实验，验证了Rad53与Rfx1启动子的直接相互作用，这一发现支持了Rad53通过调控Rfx1的表达来影响DNA修复基因转录的可能性。此外，Rad53的过表达还导致了Rfx1的显著上调，这可能通过促进Rfx1的激活，进而增强细胞对基因毒性应激的抵抗力。然而，当Rfx1被敲除时，Rad53过表达所带来的基因毒性应激抵抗力显著减弱，说明Rfx1在这一过程中起着不可或缺的作用。

研究还发现，Rad53的过表达不仅影响了DNA修复相关基因的表达，还对细胞壁结构和生物膜形成产生了影响。例如，某些与细胞壁重塑相关的基因在Rad53过表达时表现出上调，这可能与细胞在应对DNA损伤时的形态变化有关。尽管Rad53的过表达在某些情况下增强了生物膜的形成，但其对菌丝形成的影响却呈现出相反的趋势，这表明DNA损伤应激和细胞形态变化之间的关系并非简单线性，而是复杂的调控网络。

此外，研究者还探讨了Rad53在细胞形态变化和致病性中的作用。在小鼠感染模型中，Rad53过表达的菌株表现出较低的致病性，而其激酶活性丧失的突变体则恢复了这种致病性。这一结果强调了Rad53的激酶活性在维持菌丝形成和致病性中的关键作用。通过对比不同条件下的细胞形态变化，研究者发现Rad53的过表达在促进细胞延长的同时抑制了菌丝的形成，这可能与细胞在应对DNA损伤时的信号通路调整有关。

值得注意的是，Rad53的过表达对生物膜形成和菌丝形成的影响可能与不同的调控机制相关。在生物膜形成过程中，Rad53的过表达似乎促进了细胞间的粘附和结构稳定，而在菌丝形成过程中，其作用则更为复杂。这种双重功能可能反映了Rad53在不同细胞应激条件下的适应性调控能力。例如，在应对DNA损伤时，Rad53可能通过激活特定的转录因子和基因表达模式，增强细胞的生存能力；而在其他条件下，如营养状态或环境压力，它可能通过不同的信号通路影响细胞形态和致病性。

本研究还揭示了Rad53在调控基因表达方面的多样性。除了直接调控DNA修复相关基因外，它还影响了其他重要生物学过程，如细胞周期调控、DNA复制、细胞壁重塑等。这种广泛的调控作用可能与Rad53的多结构域有关，包括其激酶结构域和FHA结构域。激酶结构域负责信号传递和细胞周期调控，而FHA结构域则可能参与与其他蛋白的相互作用，从而影响基因表达和细胞形态变化。

综上所述，Rad53在C. albicans中不仅作为DNA损伤响应的核心效应分子，还通过调控多种基因表达，影响细胞形态变化和致病性。其功能的多样性表明，Rad53在真菌的生存和致病能力中扮演着重要角色。通过调控Rfx1等转录因子，Rad53可能在不同应激条件下发挥不同的作用，从而协调基因组稳定性和发育可塑性。这一发现不仅加深了我们对DNA损伤响应机制的理解，也为开发针对C. albicans的抗真菌治疗策略提供了新的思路。未来的研究可以进一步探索Rad53与其他调控因子之间的相互作用，以及其在不同环境条件下的动态调控机制，以期更全面地揭示其在真菌生物学中的作用。