Fucosylated chondroitin sulfate and an heparin analog effect on Plasmodium falciparum cytoadhesion and merozoite invasion

Orientador: Fabio Trindade Maranhão CostaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: Acredita-se que o sequestro de eritrócitos infectados por Plasmodium falciparum (Pf-EIs) na microvasculatura de órgão vitais, contribua para a patogênese de síndromes graves da malária, como a malária cerebral (MC), síndrome da angústia respiratória grave, anemia grave e malária na gravidez. Apesar do tratamento com drogas antimaláricas eficazes, mortalidade significativa ainda é observada em casos graves da doença. Assim, tem sido sugerido o uso de terapias adjuvantes. Nesse sentido, polissacarídeos sulfatados, como a heparina, têm demonstrado capacidade em inibir a citoaderência de P. falciparum a vários receptores do hospedeiro, inibir a invasão de merozoítos e romper rosetas. A heparina foi utilizada no passado como tratamento para malária grave, no entanto o seu uso foi interrompido devido à ocorrência de efeitos colaterais graves, tais como hemorragia. Além disso, muitos desses polissacarídeos sulfatados são derivados de mamíferos, o que aumenta o risco de contaminação por agentes patogênicos, como príons. Apesar de muitos compostos terem sido testados como terapia adjuvante para diferentes aspectos patogênicos da malária grave, nenhum destes demonstrou evidência inequívoca de melhora dos pacientes nos testes clínicos. Sendo assim, nesse estudo, investigamos a ação de dois polissacarídeos sulfatados extraídos de invertebrados na citoadesão e desenvolvimento de P. falciparum. Já foi demonstrado que esses compostos; o condroitim sulfato fucosilado (FucCS), extraído do pepino-do-mar Ludwigothurea grisea, e o análogo da heparina (heparam sulfato), extraído do molusco bivalve Nodipecten nodosus; possuem ação anticoagulante e antitrombótica, porém em menor escala do que a heparina comercial. Além disso, apresentam efeito anti-inflamatório e antimetastático. Aqui, nós mostramos que o FucCS e o heparam sulfato (HS) de molusco foram eficazes em inibir a citoadesão de P. falciparum em condições estáticas e de fluxo a células endoteliais de pulmão humano (HLECs). Eles também foram capazes de inibir o desenvolvimento parasitário por interferir na invasão de merozoítos. Além de romper rosetas eficientemente. Ainda, o FucCS inibiu a adesão de Pf-EIs a criocortes de placenta. Finalmente, a remoção das cadeias de fucose sulfatadas presentes na estrutura do FucCS praticamente aboliu o efeito inibitório do composto, evidenciando a importância dessas cadeias para sua atividade. Sendo assim, sugerimos o FucCS e o HS de molusco como candidatos promissores a terapia adjuvante no tratamento da malária grave e na prevenção ao agravamento da doença, além de abrir perspectivas para continuação e aprofundamento do estudo desses compostos no tratamento da maláriaAbstract: It is believed that sequestration of Plasmodium falciparum-infected erythrocytes (Pf-iEs) in the microvasculature of vital organs, contributes to the pathogenesis of severe malaria syndromes such as, cerebral malaria (CM), severe respiratory distress, severe anemia and malaria in pregnancy (MiP). Despite treatment with effective antimalarial drugs, high mortality is still observed in severe cases of the disease. Thus, the use of adjuvant therapies has been suggested. Accordingly, sulfated polysaccharides, such as heparin, have been shown to prevent P. falciparum cytoadherence to several host receptors, inhibit merozoite invasion and disrupt rosettes. Heparin was used in the past as treatment for severe malaria, however its use was abandoned due to the occurrence of serious side effects such as bleeding. Moreover, many of these compounds are derived from mammals, which increase the risk of contamination by pathogens, such as prions. Although many compounds have been tested as adjunct therapy to different pathophysiological features of severe malaria, none of them showed clear evidence of patients¿ improvement in clinical trials. Therefore, in this study, we investigated the action of two sulfated compounds extracted from invertebrates in P. falciparum cytoadhesion and development. It has been shown that these compounds; chondroitin sulfate fucosylated (FucCS), extracted from the sea cucumber Ludwigothurea grisea, and the heparin analogue (heparan sulfate), extracted from the bivalve mollusk Nodipecten nodosus; have anticoagulant and antithrombotic action, but on a smaller scale than the commercial heparin. They also have anti-inflammatory and antimetastatic effect. Here, we show that FucCS and mollusk heparan sulfate (HS) were effective in inhibiting P. falciparum cytoadhesion, under static and flow conditions to human lung endothelial cells (HLECs). They were also able to block parasite development by interfering with merozoite invasion, and to disrupt rosettes efficiently. In addition, FucCS inhibited Pf-iEs adhesion to placenta cryosections. Finally, removal of sulfated fucose branches on the FucCS molecule virtually abolished its inhibitory effect, indicting a central role played by these structures. Then, we suggest FucCS and mollusk HS as promising candidates for adjunct therapy in the treatment of severe malaria and in preventing disease worsening. Also, we open new avenues to understand the mechanisms of action of these compounds in malaria treatmentDoutoradoImunologiaDoutora em Genética e Biologia Molecula