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https://www.arca.fiocruz.br/handle/icict/68936
PERFIL FENOTÍPICO DE ISOLADOS CLÍNICOS DE LEISHMANIA (VIANNIA) BRAZILIENSIS ABORDANDO COMPORTAMENTO IN VITRO, SUSCETIBILIDADE AO ANTIMÔNIO, SERINA PROTEASES E DEFESA OXIDATIVA DO PARASITO
Zabala Peñafiel, Anabel Natalia | Date Issued:
2022
Alternative title
Phenotypic profile of Leishmania (Viannia) braziliensis clinical isolates evaluating the parasite in vitro behavior, antimony susceptibility, serine proteases and oxidative defenseAdvisor
Comittee Member
Affilliation
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Programa de Pós-Graduação em Biologia Parasitária. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Abstract in Portuguese
Leishmania (Viannia) braziliensis é o principal agente etiológico da Leishmaniose Tegumentar Americana, cujo tratamento de primeira escolha é o Glucantime®. Parasitos isolados de pacientes (n=12) que apresentaram cura clínica (Respondedores - R) e recaída ou falha terapêutica (Não respondedores - NR) foram selecionados e abordados por análises bioquímicas, moleculares, simulações in sílico e infecção in vitro para estudar heterogeneidade, plasticidade fenotípica e aptidão biológica. Inicialmente, a suscetibilidade in vitro ao antimônio trivalente (SbIII) e pentavalente (Sbᵛ) e atividade de serina proteases foram testadas. O SbIII distinguiu os amastigotas axênicos segundo o grupo R e NR enquanto a atividade enzimática foi independente do grupo clínico tendo diferentes taxas de inibição segundo o inibidor específico utilizado. Análise de componentes principais e agrupamento com esses dados discriminou um grupo homogêneo (NR) e três heterogêneos (R e NR). A expressão dos genes de subtilisinas (LbrM.13.0860; LbrM.28.2570) e TXNPx (LbrM.15.1080) foi diferencial sendo maior em 50% dos isolados entre os quais predominam os do grupo NR. Avaliamos também a capacidade de infecção dos isolados, influência sobre mediadores inflamatórios da resposta imune inata produzidos pelos macrófagos e expressão gênica de subtilisinas e oligopeptidase B (LbrM.9.0850). Os isolados mostraram duas tendências de infecção e a detecção de TNF-α, IL-6 e NO foi predominante no grupo NR. A expressão do gene LbrM.13.0860 foi significativamente maior em todas as formas intracelulares dos isolados, enquanto do LbrM.9.0850 em 59% deles. Nas formas promastigotas, o LbrM.13.0860 foi mais expresso em 25% dos isolados e o LbrM.9.0850 em 17% deles. Mediante análises in silico, avançamos na exploração da influência da temperatura na linearidade do mRNA e estabilidade do sítio catalítico das enzimas destes dois genes. Acima de 26°C, estruturas de hairpin sugerem uma região ativa de mRNA para ambos os genes, enquanto a 37°C uma estrutura do tipo pseudoknot no gene LbrM.13.0860. As estruturas 3D estão de acordo com a influência das temperaturas na estabilidade do sítio catalítico das enzimas codificadas pelos dois genes. A heterogeneidade descrita nas etapas anteriores foi evidenciada também pela presença do vírus de RNA de Leishmania 1 (LRV1) em isolados R (n = 1) e NR (n = 2). Diferentes respostas in vitro ao antimônio foram investigadas em dois isolados através da atividade da tripanotiona redutase (TR). Os resultados indicaram diferença estatisticamente significativa de atividade entre um isolado R versus um NR nas formas promastigotas, amastigotas axênicos e intracelulares. O conjunto de resultados apresentados neste trabalho de tese mostra a heterogeneidade dos isolados de L. (V.) braziliensis e sugere uma plasticidade fenotípica que pode influenciar a aptidão desses parasitos sob mudanças das condições experimentais.
Abstract
Leishmania (Viannia) braziliensis is the main etiologic agent of American Tegumentary Leishmaniasis, which first-choice treatment is Glucantime®. Parasites isolated from patients (n=12) that had clinical cure (Responders - R) and relapse or therapeutic failure (Non-responders - NR) were assessed by biochemical and molecular analyses, in silico simulations and in vitro infection to study heterogeneity, phenotypic plasticity and fitness. Initially, in vitro susceptibility to trivalent (SbIII) and pentavalent antimony (Sbᵛ) and serine proteases activity were tested. SbIII distinguished axenic amastigotes from R and NR group, while the enzymatic activity was independent of the clinical group, with different inhibition rates according to the specific serine proteases inhibitor used. Principal component analysis and clustering done with these data discriminated one homogeneous (NR) and three heterogeneous clusters (R and NR). Expression of subtilisins genes (LbrM.13.0860; LbrM.28.2570) and TXNPx (LbrM.15.1080) was differential, being higher in 50% of the isolates, among which NR isolates predominated. In addition, we evaluated the isolates infectivity and it influence on inflammatory mediators of the innate immune response produced by macrophages and subtilisins and Oligopeptidase B (LbrM.9.0850) gene expression. The isolates showed two different infection trends and the detection of TNF-α, IL-6 and NO was predominant in three NR clinical group. LbrM.13.0860 expression was significantly higher in all intracellular forms of the isolates, while LbrM.9.0850 in 59% of them. In the promastigote forms, LbrM.13.0860 expression was increased in 25% of the isolates and LbrM.9.0850 in 17% of them. Through in silico analyses we advanced in the exploration of the temperature influence on mRNA linearity and stability of the catalytic site of the enzymes codified by these genes. Above 26°C, hairpin structures suggest an active mRNA region for both genes, while at 37°C a pseudoknot-like structure is seen in the LbrM.13.0860 structure. The 3D structures agree with the influence of temperatures on the stability of the catalytic site of the enzymes encoded by both genes. The heterogeneity described in the previous steps was also evidenced by the presence of Leishmania RNA Virus 1 (LRV1) in isolates R (n = 1) and NR (n = 2). Different in vitro responses to antimony were investigated in two representative isolates through trypanothione reductase (TR) activity. The results indicated differences in activity between one R versus one NR isolate in promastigotes, axenic and intracellular amastigotes. The set of results presented in this thesis shows the heterogeneity of L. (V.) braziliensis clinical isolates and suggests a phenotypic plasticity that may influence the fitness of these parasites under changes in experimental conditions.
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