ИСТИНА

Возможное открытие нового механизма регуляции системы множественной лекарственной устойчивости у дрожжей

Multiple drug resistance (MDR) is a global scientific and healthcare problem. It reduces pathogenic microorganisms and cancer cells sensitivity to a wide range of drugs. At the same time, the mechanisms of eukaryotic cell MDR regulation are poorly understood. In yeast, MDR is mediated by transmembrane ABC-transporters with low substrate specificity, which pump out toxic compounds from cytosol to the environment. Meanwhile, the accumulation of xenobiotics in the cytoplasm of the cell induces the induction of ABC-transporter genes, which further enhances the cell's drug resistance. We put forward a hypothesis that under stressful conditions, the activity of MDR transporters can help cells to transmit a “danger” signal to neighboring cells. According to our hypothesis, activation of MDR in a cell can lead to the release of some molecules into the environment by ABC-carriers. These molecules can be means of intercellular communication and stimulate the activation of MDR in neighboring cells. The spread of such an “alarming signal” could significantly increase the survival rate of cell culture due to the activation of MDR in cells even before exposure to toxic xenobiotics. The aim of our project is to test this hypothesis and to study the regulation of ABC-transporters with a broad substrate specificity at the level of yeast cells communities. Microorganisms exchange with each other with metabolic intermediates. Such exchange is necessary, in particular, to inhibit the growth when nutrient substrates are depleted. Baker's yeast uses aromatic alcohols such as tyrosol, tryptophol and phenylethanol for intercellular communication to induce formation of pseudohyphae. As part of this project, we plan to investigate the possible role of molecules that provide intercellular communication in the activation of MDR in yeast. First of all, we will check whether the addition of cells with active MDR can induce MDR in other (recipient) cells. We are going to assess whether preincubation of recipient cells with MDR+ donor cells increases their resistance to known antimycotics. In the course of this project, we also plan to study the effect of known molecules of intercellular communication — aromatic alcohols — as regulators of the yeast MDR. The implementation of this project will make a significant contribution to our knowledge about the mechanisms of yeast cooperative stress resistance. In addition, understanding the mechanisms of MDR regulation can provide new approaches in the new antimycotics design.

Мы рассчитываем, что выполнение поставленных в нашем проекте задач позволит понять фундаментальные механизмы формирования множественной лекарственной устойчивости на уровне клеточных сообществ. Выполнение нашего проекта может иметь и практическое развитие, так как позволит уточнить (сформулировать новые) критерии для разработки антигрибковых препаратов, учитывающие акклимационный ответ клеток на ксенобиотики.

Наша лаборатория обладает большим опытом в исследовании регуляции множественной лекарственной устойчивости. Ранее мы показали, что липофильные катионы, но не стандартные митохондриальные разобщители (FCCP, пентахлорфенол, никлозамид) являются одновременно конкурентными ингибиторами и индукторами МЛУ в дрожжевых клетках (Galkina et al., 2018, 2020). Сотрудниками нашей лаборатории было показано, что делеции генов семейства LAM увеличивают устойчивость клеток к используемым в клинике азольным антимикотикам (Sokolov et al., 2020). А совместный проект с японскими коллегами позволил нам обнаружить механизм редокс-регуляции МЛУ в клетках патогенных дрожжей Candida glabrata (Galkina et al., 2019). Таким образом, наша лаборатория обладает налаженными методами и подходами для детекции активности МЛУ в дрожжевых клетках. Наши методики основаны на детекция Pdr5-GFP в клеточных мембранах и измерении динамики накопления клетками флуоресцентного субстрата МЛУ - Нильского красного. Большинство штаммов, необходимых для выполнения данного проекта получены нами в предыдущих исследованиях и хранятся в коллекции штаммов нашей лаборатории. Кроме того, наши данные указывают на то, что одна из сигнальных молекул - тирозол может быть субстратом АВС-переносчиков. Так, в предварительных экспериментах добавление тирозола существенно снижало скорость роста штамма Δpdr1Δpdr3 по сравнению с клетками дикого типа. Часовая инкубация с тирозолом также стимулировала накопление Pdr5-GFP в мембране контрольных клеток, но не клеток с делецией генов PDR1 и PDR3.