Caracterização funcional do gene SMF1 de Cryptococcus gattii

Abstract

Cryptococcus neoformans e Cryptococcus gattii são agentes causadores da criptococose, que afetam tanto humanos quanto animais. A transmissão se dá por via respiratória, estabelecendo a infecção primariamente nos pulmões, podendo haver disseminação para o cérebro levando à meningoencefalite. No pulmão, a primeira linha de defesa contra a infecção é a fagocitose por macrófagos alveolares. Após fagocitado, Cryptococcus spp. são privados de nutrientes, como metais, como maneira de defesa da célula hospedeira, caracterizando a imunidade nutricional. Em um ambiente restrito de nutrientes, como o manganês, aumenta-se a expressão de genes codificadores de proteínas transportadoras de metais, como o Smf1p. Smf1p encontra-se na superfície de membranas celulares e tem como função o transporte de manganês para o lúmen celular. Foi observado desbalanço na homeostase de manganês em mutantes nulos para o gene SMF1, apresentando também aumento da suscetibilidade ao estresse oxidativo. Superóxidos dismutase complexadas com cobre-zinco e manganês, SOD1 e SOD2, respectivamente, são expressas em situações de estresse oxidativo para contornar o dano oxidativo e restabelecer a homeostase de ROS. Visto que os mutantes nulos para o gene SMF1 de C. gattii apresentam decréscimo em seu desenvolvimento quando exposto ao (i) agente quelante de metais EDTA e (ii) ao agente gerador de espécies reativas de oxigênio paraquat, hipotetizamos que o transportador Smf1 participa da homeostase de ROS e da virulência em C. gattii. Para avaliar a participação de Smf1 no transporte e homeostase de manganês, construímos um mutante complementado smf1::SMF1 para confirmar a associação dos fenótipos observados na linhagem nula smf1. Utilizamos tratamento com agente quelante EDTA para privar as células de metais, a fim de avaliar o comportamento das cepas. Avaliamos a expressão relativa dos genes associados à homeostase de ROS, ou seja, SOD1, SOD2, CAT1, CAT2, GPX1 e GPX2 através de RT-qPCR. Os resultados em conjunto sugerem que a complementação do mutante nulo smf1 com o gene selvagem SMF1 leva à reconstituição dos fenótipos da linhagem selvagem. Além disso, há modificação da expressão na linhagem mutante de alguns genes cujos produtos estão relacionados à homeostase de ROS, como SOD2 e GPX2.

Cryptococcus neoformans and Cryptococcus gattii are the main etiological agents of cryptococcosis, a disease that affect both humans and animals. Transmission occurs by the respiratory route, establishing the infection primarily in the lungs, which may spread to the brain, ultimately leading to meningoencephalitis. In the lung, the first line of defense against infection is phagocytosis by alveolar macrophages. After phagocytosis, Cryptococcus spp. may be actively deprived of nutrients, such as metals, as a way of host defense mechanism – the nutritional immunity. In a nutrient-restricted environment, such as manganese, the expression of genes encoding metal transport proteins in pathogen cells, such as Smf1p, is increased. Smf1p is found on the surface of cell membranes and has the function of transporting manganese to the cell lumen. An imbalance in manganese homeostasis was observed in null mutants for the SMF1 gene, also showing increased susceptibility to oxidative stress. Superoxide dismutase complexed with copper-zinc and manganese, SOD1 and SOD2, respectively, are expressed in situations of oxidative stress to bypass oxidative damage and restore ROS homeostasis. Since the null mutants for the C. gattii SMF1 gene show a decrease in their development when exposed to (i) the metal chelating agent EDTA and (ii) the reactive oxygen species generating agent paraquat, we hypothesize that the Smf1 transporter participates in ROS homeostasis and virulence in C. gattii. To assess the participation of Smf1 in manganese transport and homeostasis, we constructed a smf1::SMF1 complemented strain to confirm the association of the observed phenotypes in the smf1 null strain. We used EDTA chelating agent treatment to deprive the cells of metals in order to assess the phenotypic alterations in the strains. We evaluated the relative expression of genes associated with ROS homeostasis, i.e., SOD2, CAT1, CAT2, GPX1 and GPX2 using RT-qPCR. The results together suggest that the complementation of the null mutant smf1 with the wild type SMF1 gene leads to the reconstitution of wild lineage phenotypes. Furthermore, there is a modification of the expression in the mutant strain of some genes whose products are related to ROS homeostasis.