Oxidative stress in Leishmania amazonensis : from telomere shortening to displacement of LaRPA-1 from telomeric complex

A leishmaniose é um espectro de doenças causadas por parasitos do gênero Leishmania, que afeta milhões de pessoas em todo o mundo. Durante a infecção, os parasitos usam diferentes estratégias para sobreviver as defesas do hospedeiro, incluindo superar a exposição intensa a espécies reativas de oxigênio (ROS), principais responsáveis por causar danos no DNA, sobretudo nos telômeros, induzindo instabilidade genômica, senescência e morte celular. Telômeros são estruturas nos terminais dos cromossomos compostos por sequências de DNA repetitivas e proteínas, cuja função é proteger as extremidades dos cromossomos, evitando fusões terminais e degradação nucleolítica. Neste trabalho nós induzimos estresse oxidativo agudo em formas promastigotas de L. amazonensis através do tratamento com 2 mM de peróxido de hidrogênio (H2O2) por 1h, o qual foi capaz de aumentar os níveis de ROS intracelular, como demonstrado pela reação utilizando CM-H2DCFDA. Além disso, o estresse oxidativo induziu danos no DNA, como mostrado por análise quantitativa de 8-oxodG e núcleos positivos para o ensaio TUNEL. Observamos também, através de parâmetros qualitativos e quantitativos (Southern blot, telomere-PCR e flow-FISH), que o estresse oxidativo, assim como em mamíferos, induziu encurtamento dos telômeros. Analisando a co-localização e interação proteína:DNA por FISH-IIF e ensaios ChIP, foi possível demostrar que o estresse oxidativo causou erosão da extremidade 3¿G overhang, fazendo com que a proteína LaRPA-1 perdesse seu sítio de interação nos telômeros. Além disso, pudemos observar uma maior afinidade de LaRPA-1 para com a fita telomérica rica em C, nesse caso uma região de simples-fita gerada dentro da dupla fita telomérica, provavelmente como consequência do reparo de DNA, sugerindo a participação de LaRPA-1 na resposta a danos oxidativos. Por análise de curvas de crescimento e incorporação de EdU, foi possível observar que o estresse oxidativo induziu diminuição acentuada no número de parasitos em cultura, enquanto os sobreviventes continuaram proliferando e replicando DNA. Observamos também que o estresse oxidativo agudo provocou arrest de ciclo celular na fase G2/M em parte da população em crescimento exponencial. Em conjunto, esses resultados sugerem a presença de um sistema muito eficiente de resposta a danos oxidativos no DNA telomérico, que permite que os parasitos sobrevivam e repliquem DNA mesmo após um estresse agudo.Leishmaniasis is a spectrum of diseases caused by parasites of the genus Leishmania that affects million people around the world. During infection, parasites use different strategies to survive host defenses including overcoming exposure to Reactive Oxygen Species (ROS), mainly responsible for causing DNA damage, especially at telomeres which frequently results in genome instability, senescence and cell death. Telomeres are chromosomes end termini structures composed by repetitive DNA coupled with proteins whose function is to protect chromosome ends and avoid end-fusion and nucleolytic degradation. In this work, we induced acute oxidative stress in promastigote forms of Leishmania amazonensis by treating parasites with 2mM hydrogen peroxide (H2O2) for 1 hour, which was able to increase intracellular ROS levels, as demonstrated by CM-H2DCFDA reaction. In addition, oxidative stress induced DNA damage, as confirmed by quantitative analysis of 8-oxodG and TUNEL-positive nuclei. We have also observed using qualitative and quantitative parameters (Southern blot, telomere-PCR and flow-FISH) that oxidative stress, as in mammals, induced telomere shortening. Analysing the protein:DNA co-localization and interaction by FISH-IIF and ChIP assays, it was possible to show that oxidative stress is able to induce erosion of the 3¿G overhang, inducing a displacement of LaRPA-1 from its telomeric interaction site. In addition, we observed an increase in the affinity between LaRPA-1 and the telomeric C-rich strand, in this case, a single-strand region inside the double-strand telomeric DNA generated probably as a consequence of DNA repair, suggesting the participation of LaRPA-1 in oxidative DNA damage response. Analysis of growth curves and EdU incorporation showed that oxidative stress induced a decrease in the number of parasites in culture, while the survivors continued proliferating and replicating DNA. Moreover, as result of acute oxidative stress, part of the parasites in exponential growth shows a G2/M cell cycle arrest. Taken together, these results suggest the presence of a very efficient oxidative damage response in the telomeres that allows parasites to survive and to replicate DNA even after acute stress