Fontes preferenciais e mecanismos moleculares envolvidos na homeostase de ferro em Paracoccidioides spp.

Tese (Doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Medicina, Pós-Graduação em Patologia Molecular, 2014.Paracoccidioides spp. is a thermodimorphic fungus, which causes paracoccidioidomycosis (PCM), an endemic disease in Latin America. Currently, the Paracoccidioides genus is considered a phylogenetic group containing two distinct species: P. brasiliensis and P. lutzii. However, all isolates identified to date are able to cause PCM. Iron is an essential micronutrient for all eukaryotes, since it participates as a cofactor in several metabolic pathways. However, the amount of available iron inside the host is limited to the pathogen. The host iron sources that are used by Paracoccidioides spp. and the molecular mechanisms used by the fungus to acquire iron has not been investigated. In this study, a robust growth of Paracoccidioides spp. in the presence of hemin or hemoglobin was observed. This fact was supported by the ability of the fungus to internalize protoporphyrin rings and to lyse erythrocytes. Transcriptional and proteomic analysis indicated the induction of possible hemoglobin receptors in the presence of hemoglobin and the possibility of internalization of the entire molecule by the fungus. One of these potential receptors, Rbt5, was characterized in this work. Rbt5 is a GPI-anchored protein, present at the Paracoccidioides sp. cell surface. The protein is able to bind hemin, hemoglobin and protoporphyrin and presents antigenic properties. A Paracoccidioides sp.rbt5knockdown strain was obtained in this work using antisense RNA and Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation. This strain showed lower survival inside macrophages and in mouse spleen, indicating that Rbt5 may be important for the establishment of Paracoccidioides spp. infection. Furthermore, the reductive iron uptake pathway was investigated in this fungus. In silico analysis pointed that Paracoccidioides spp. could use ferric reductases, ferroxidases and zinc and iron transporters to uptake free iron or iron bound to certain molecules, such as transferrin. The genes encoding those molecules possibly involved in iron uptake were activated in the absence of the metal, which points to the importance of this pathway in conditions of iron deprivation. Genes involved in intracellular iron homeostasis were also investigated in this work and presented regulation by the metal. A ferric reductase activity was demonstrated for Paracoccidioides sp.; however, 59Fe uptake assays showed that the reductive pathway is functional only in conditions of iron deprivation and that the Paracoccidioides spp. ferric reductases are not strongly affected by platinum. Surface molecules involved in iron uptake by the fungus may be important targets for vaccines and/or antifungal drugs. Thus, this work can contribute to the development of alternative therapies for PCM treatment.Paracoccidioides spp. é um fungo termodimórfico, causador da paracoccidioidomicose (PCM), uma doença endêmica da América Latina. Atualmente o gênero Paracoccidioides é considerado um grupo filogenético, contendo duas espécies distintas: P. brasiliensis e P. lutzii. Porém, todos os isolados identificados até o momento são capazes de causar a PCM. O ferro é um micronutriente essencial para todos os eucariotos, pois participa como cofator de diversas vias metabólicas. Porém, dentro do hospedeiro, a quantidade de ferro disponível para captação pelo patógeno é limitada. As fontes de ferro do hospedeiro preferenciais de Paracoccidioides spp. e os mecanismos moleculares utilizados pelo fungo para captar ferro ainda não foram investigados. Neste trabalho, foi constatado um robusto crescimento de Paracoccidioides spp. na presença de hemina ou hemoglobina, corroborado pela capacidade do fungo de internalizar uma protoporfirina e de lisar hemácias. Análises transcricionais e proteômicas apontaram para a indução de possíveis receptores de hemoglobina na presença desta fonte de ferro e para a possível internalização de toda a molécula de hemoglobina pelo fungo. Um desses possíveis receptores, Rbt5, foi caracterizado neste trabalho. Rbt5 é uma proteína GPI-ancorada presente na superfície de Paracoccidioides sp., capaz de se ligar à hemina, protoporfirina e hemoglobina e apresenta propriedades antigênicas. Uma linhagem silenciada para o gene rbt5 foi obtida através de RNA antisentido e de transformação mediada por Agrobacterium tumefaciens. Esta linhagem apresentou menor sobrevivência dentro de macrófagos e em baço de camundongo, indicando que Rbt5 pode ser importante para o estabelecimento da infecção por Paracoccidioides spp. Além disso, a via redutiva de captação de ferro foi investigada neste fungo. Análises in silico apontaram que Paracoccidioides spp. possa utilizar redutases férricas, ferroxidases e transportadores de ferro e zinco para captar ferro livre ou ligado a certas moléculas, como a transferrina. Os genes codificantes para essas moléculas possivelmente envolvidas com a captação de ferro foram ativados na ausência desse metal, o que aponta para a importância dessa via em condições de privação de ferro. Genes envolvidos com a homeostase intracelular de ferro também foram investigados neste trabalho e apresentaram-se regulados pelo metal. A atividade de redutase férrica foi demonstrada para Paracoccidioides sp., porém ensaios de captação com 59Fe apontaram que a via redutiva só é funcional em condições de privação do metal e que as redutases férricas de Paracoccidioides spp. não são fortemente afetadas por platina. Moléculas de superfície envolvidas com a captação de ferro pelo fungo podem ser importantes alvos de vacinas e/ou de drogas antifúngicas. Dessa forma, este trabalho pode contribuir para o desenvolvimento de terapias alternativas para o tratamento da PCM