Pathogenesis of Dermatophytosis: Sensing the Host Tissue

Abstract

The genera Trichophyton, Microsporum, and Epidermophyton include filamentous fungi that cause dermatophytosis, a superficial infection of the skin, stratum corneum, nail beds, and hair follicles. The ability of dermatophytes to adhere to these substrates and adapt to the host environment is essential for the establishment of infection. Several fungal enzymes and proteins participate in this adaptive response to the environment and to keratin degradation. Transcription factors such as PacC and Hfs1, as well as heat shock proteins, are involved in sensing and adapting to the acidic pH of the skin in the early stages of fungal-host interaction. During dermatophyte growth, with keratin as the sole carbon source, the extracellular pH shifts from acidic to alkaline. This creates an environment in which most of the known keratinolytic proteases exhibit optimal activity. These events culminate in the establishment and maintenance of the infection, which can be chronic or acute depending on the dermatophyte species. This review focuses on these and other molecular aspects of the dermatophyte-host interaction.

pH-Wert und mikrobielle Infektionen

“…Infektionen mit nicht dermatophytischen Schimmel- und Hefepilzen wie Candida albicans oder Malassezia spp . kommen weniger häufig vor [11]. Dermatophyten können einen Wirt nur dann kolonisieren, wenn es dem Erreger gelingt, sich durch Expression von Adhäsinen rasch an die Wirtshaut anzuheften und sich dann im gesamten Verlauf der Infektion metabolisch an die sich verändernde Mikroumgebung anzupassen.…”

“…Der pH-Wert der Zehennägel wird durch mehrere vorwiegend saure Moleküle aufrechterhalten, die von Drüsen, Epidermiszellen oder der residenten Mikroflora (durch Verstoffwechselung von Vorläufersubstanzen) produziert werden. Im Allgemeinen entsteht durch den niedrigen pH-Wert der Haut in Verbindung mit der spezifischen mikrobiziden Wirkung verschiedener Proteine und Lipide, der Aktivität phagozytärer Zellen, der residenten Mikroflora und der kontinuierlichen Desquamation der Haut eine wirksame antimikrobielle Barriere [10,11]. Ein pH-Wert um 5 fördert außerdem das Wachstum von S. epidermidis und hemmt das Wachstum potenziell pathogener (transienter) Kokken wie S. aureus und gramnegativer Bakterien wie Escherichia und Pseudomonas spp .…”

“…Dermatophyten und andere pathogene Pilze sind jedoch in der Lage, den pH-Wert ihrer Umgebung zu registrieren und über ein komplexes pH-regulatorisches System darauf zu reagieren [11]. Dieses System basiert auf einem hochgradig erhaltenen PacC/Pal-Signalweg mit mindestens 7 Genen; 6 pal-Genen und dem pacC-Gen [14].…”

“…Die pacC-Genprodukte regulieren unmittelbar die Transkription mehrerer Gene, die bevorzugt bei entweder saurem oder neutralem/alkalischem pH-Wert exprimiert werden, und damit die metabolische Anpassung an den pH-Wert der aktuellen Umgebung. Auf der Hautoberfläche beispielsweise führt der niedrige pH-Wert zur De-Repression fungaler Gene, die für Proteine wie Adhäsine und Enzyme (Lipasen, Phosphatasen, keratinolytische Proteasen, DNAsen) mit optimaler Aktivität in saurem Milieu codieren [11]. Nach erfolgreicher Adhäsion beginnen pathogene Pilze, Keratin als Kohlenstoffquelle zu nutzen [15], und die Metabolisierung von Aminosäuren wie Glycin führt zur Freisetzung von Ammoniak, welches den pH-Wert auf 7,5-8,9 erhöht [11].…”

“…Auf der Hautoberfläche beispielsweise führt der niedrige pH-Wert zur De-Repression fungaler Gene, die für Proteine wie Adhäsine und Enzyme (Lipasen, Phosphatasen, keratinolytische Proteasen, DNAsen) mit optimaler Aktivität in saurem Milieu codieren [11]. Nach erfolgreicher Adhäsion beginnen pathogene Pilze, Keratin als Kohlenstoffquelle zu nutzen [15], und die Metabolisierung von Aminosäuren wie Glycin führt zur Freisetzung von Ammoniak, welches den pH-Wert auf 7,5-8,9 erhöht [11]. Für Trichophyton rubrum wurde nachgewiesen, dass ein saures Milieu auch die Transkription des Gens für Acetamidase stimuliert, was zu einer Verschiebung hin zu einem alkalischen pH-Wert beiträgt.…”