Caracterização genotípica de amostras de Leishmania spp. isoladas de área endêmica para Leishmaniose Visceral Canina no estado de São Paulo

Pós-graduação em Doenças Tropicais - FMB

Leishmania amazonensis Promastigotes Present Two Distinct Modes of Nucleus and Kinetoplast Segregation during Cell Cycle

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Síntese e avaliação biológica de bioisósteros de nitrofural ativos contra Leishmania amazonensis

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

In silico identification of conserved intercoding sequences in Leishmania genomes: Unraveling putative cis-regulatory elements

In silico analyses of Leishmania spp. genome data are a powerful resource to improve the understanding of these pathogens' biology. Trypanosomatids such as Leishmania spp. have their protein-coding genes grouped in long polycistronic units of functionally unrelated genes. The control of gene expression happens by a variety of posttranscriptional mechanisms. The high degree of synteny among Leishmania species is accompanied by highly conserved coding sequences (CDS) and poorly conserved intercoding untranslated sequences. To identify the elements involved in the control of gene expression, we conducted an in silico investigation to find conserved intercoding sequences (CICS) in the genomes of L major, L infantum, and L braziliensis. We used a combination of computational tools, such as Linux-Shell, PERL and R languages, BLAST, MSPcrunch, SSAKE, and Pred-A-Term algorithms to construct a pipeline which was able to: (i) search for conservation in target-regions, (ii) eliminate CICS redundancy and mask repeat elements, (iii) predict the mRNA's extremities, (iv) analyze the distribution of orthologous genes within the generated LeishCICS-clusters, (v) assign GO terms to the LeishCICS-clusters. and (vi) provide statistical support for the gene-enrichment annotation. We associated the LeishCICS-cluster data, generated at the end of the pipeline, with the expression profile oft. donovani genes during promastigote-amastigote differentiation, as previously evaluated by others (GEO accession: GSE21936). A Pearson's correlation coefficient greater than 0.5 was observed for 730 LeishCICS-clusters containing from 2 to 17 genes. The designed computational pipeline is a useful tool and its application identified potential regulatory cis elements and putative regulons in Leishmania. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

CE-ESI-MS metabolic fingerprinting of Leishmania resistance to antimony treatment

Metabolomics has become an invaluable tool to unveil biology of pathogens, with immediate application to chemotherapy. It is currently accepted that there is not one single technique capable of obtaining the whole metabolic fingerprint of a biological system either due to their different physical-chemical properties or concentrations. In this work, we have explored the capability of capillary electrophoresis mass spectrometry with a sheathless interface with electrospray ionization (CE-ESI-TOF-MS) to separate metabolites in order to be used as a complementary technique to LC. As proof of concept, we have compared the metabolome of Leishmania infantum promastigotes BCN 150 (Sb (III) IC50 = 20.9 mu M) and its variation when treated with 120 mu M of Sb(III) potassium tartrate for 12 h, as well as with its Sb(III) resistant counterpart obtained by growth of the parasites under increasing Sb(III) in a step-wise manner up to 180 mu M. The number of metabolites compared were of 264 for BCN150 Sb(III) treated versus nontreated and of 195 for Sb(III) resistant versus susceptible parasites. After successive data filtering, differences in seven metabolites identified in databases for Leishmania pathways, showed the highest significant differences, corresponding mainly to amino acids or their metabolite surrogates. Most of them were assigned to sulfur containing amino acids and polyamine biosynthetic pathways, of special relevance considering the deterioration of the thiol-dependent redox metabolism in Leishmania by Sb(III). Given the low concentrations typical for most of these metabolites, the assay can be considered a success that should be explored for new biological questions.

Leishmania Promastigotes Lack Phosphatidylserine but Bind Annexin V upon Permeabilization or Miltefosine Treatment

The protozoan parasite Leishmania is an intracellular pathogen infecting and replicating inside vertebrate host macrophages. A recent model suggests that promastigote and amastigote forms of the parasite mimic mammalian apoptotic cells by exposing phosphatidylserine (PS) at the cell surface to trigger their phagocytic uptake into host macrophages. PS presentation at the cell surface is typically analyzed using fluorescence-labeled annexin V. Here we show that Leishmania promastigotes can be stained by fluorescence-labeled annexin V upon permeabilization or miltefosine treatment. However, combined lipid analysis by thin-layer chromatography, mass spectrometry and 31 P nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy revealed that Leishmania promastigotes lack any detectable amount of PS. Instead, we identified several other phospholipid classes such phosphatidic acid, phosphatidylethanolamine; phosphatidylglycerol and phosphatidylinositol as candidate lipids enabling annexin V staining.

Leishmania Metacyclogenesis Is Promoted in the Absence of Purines

Leishmania parasites, the causative agent of leishmaniasis, are transmitted through the bite of an infected sand fly. Leishmania parasites present two basic forms known as promastigote and amastigote which, respectively, parasitizes the vector and the mammalian hosts. Infection of the vertebrate host is dependent on the development, in the vector, of metacyclic promastigotes, however, little is known about the factors that trigger metacyclogenesis in Leishmania parasites. It has been generally stated that "stressful conditions" will lead to development of metacyclic forms, and with the exception of a few studies no detailed analysis of the molecular nature of the stress factor has been performed. Here we show that presence/absence of nucleosides, especially adenosine, controls metacyclogenesis both in vitro and in vivo. We found that addition of an adenosine-receptor antagonist to in vitro cultures of Leishmania amazonensis significantly increases metacyclogenesis, an effect that can be reversed by the presence of specific purine nucleosides or nucleobases. Furthermore, our results show that proliferation and metacyclogenesis are independently regulated and that addition of adenosine to culture medium is sufficient to recover proliferative characteristics for purified metacyclic promastigotes. More importantly, we show that metacyclogenesis was inhibited in sand flies infected with Leishmania infantum chagasi that were fed a mixture of sucrose and adenosine. Our results fill a gap in the life cycle of Leishmania parasites by demonstrating how metacyclogenesis, a key point in the propagation of the parasite to the mammalian host, can be controlled by the presence of specific purines.

Increasing the activity of copper(II) complexes against Leishmania through lipophilicity and pro-oxidant ability

Copper complexes with fluorinated beta-diketones were synthesized and characterized in terms of lipophilicity and peroxide-assisted oxidation of dihydrorhodamine as an indicator of redox activity. The biological activity of the complexes was tested against promastigotes of Leishmania amazonensis. Inhibition of trypanosomatid-specific trypanothione reductase was also tested. It was found that the highly lipophilic and redox-active bis(trifluoroacetylacetonate) derivative had increased toxicity towards promastigotes. These results indicate that it is possible to modulate the activity of metallodrugs based on redox-active metals through the appropriate choice of lipophilic chelators in order to design new antileishmanials. Further work will be necessary to improve selectivity of these compounds against the parasite.

Unravelling metabolism of Leishmania by metabolomics

The leishmaniases are neglected tropical diseases with an urgent need for effective drugs. Better understanding of the metabolism of the causative parasites will hopefully lead to development of new compounds targeted at critical points of the parasite’s biochemical pathways. In my work I focused on the pentose phosphate pathway of Leishmania, specifically on transketolase, sugar utilisation, and comparison between insect and mammalian infective stages of the parasites. The pentose phosphate pathway (PPP) is the major cellular source of NADPH, an agent critical for oxidative stress defence. The PPP uses glucose, reduces the NADP+ cofactor and produces various sugar phosphates by mutual interconversions. One of the enzymes involved in this latter part is transketolase (TKT). A Leishmania mexicana cell line deleted in transketolase (Δtkt) was assessed regarding viability, sensitivity to a range of drugs, changes in metabolism, and infectivity. The Δtkt cell line had no obvious growth defect in the promastigote stage, but it was more sensitive to an oxidative stress inducing agent and most of the drugs tested. Most importantly, the Δtkt cells were not infective to mice, establishing TKT as a new potential drug target. Metabolomic analyses revealed multiple changes as a consequence of TKT deletion. Levels of the PPP intermediates upstream of TKT increased substantially, and were diverted into additional reactions. The perturbation triggered further changes in metabolism, resembling the ‘stringent metabolic response’ of amastigotes. The Δtkt cells consumed less glucose and glycolytic intermediates were decreased indicating a decrease in flux, and metabolic end products were diminished in production. The decrease in glycolysis was possibly caused by inhibition of fructose-1,6-bisphosphate aldolase by accumulation of the PPP intermediates 6-phosphogluconate and ribose 5-phosphate. The TCA cycle was fuelled by alternative carbon sources, most likely amino acids, instead of glucose. It remains unclear why deletion of TKT is lethal for amastigotes, increased sensitivity to oxidative stress or drop in mannogen levels may contribute, but no definite conclusions can be made. TKT localisation indicated interesting trends too. The WT enzyme is present in the cytosol and glycosomes, whereas a mutant version, truncated by ten amino acids, but retaining a C-terminal targeting sequence, localised solely to glycosomes. Surprisingly, cells expressing purely cytosolic or glycosomal TKT did not have different phenotypes regarding growth, oxidative stress sensitivity or any detected changes in metabolism. Hence, control of the subcellular localisation remains unclear as well as its function. However, these data are in agreement with the presumed semipermeable nature of the glycosome. Further, L. mexicana promastigote cultures were grown in media with different combinations of labelled glucose and ribose and their incorporation into metabolism was followed. Glucose was the preferred carbon source, but when not available, it could be fully replaced with ribose. I also compared metabolic profiles from splenic amastigotes, axenic amastigotes and promastigotes of L. donovani. Metabolomic analysis revealed a substantial drop in amino acids and other indications coherent with a stringent metabolic response in amastigotes. Despite some notable differences, axenic and splenic amastigotes demonstrated fairly similar results both regarding the total metabolic profile and specific metabolites of interest.

Theoretical and in vitro studies of a C-terminal peptide from PGKC of Leishmania mexicana mexicana

Trypanosomatids cause deadly diseases in humans. Of the various biochemical pathways in trypanosomatids, glycolysis, has received special attention because of being sequestered in peroxisome like organelles critical for the survival of the parasites. This study focuses on phosphoglycerate kinase (PGK) from Leishmania spp. which, exists in two isoforms, the cytoplasmic PGKB and glycosomal PGKC differing in their biochemical properties. Computational analysis predicted the likelihood of a transmembrane helix only in the glycosomal isoform PGKC, of approximate length 20 residues in the 62-residue extension, ending at, arginine residues R471 and R472. From experimental studies using circular dichroism and NMR with deuterated sodium dodecyl sulfate, we find that the transmembrane helix spans residues 448 +/- 2 to 476 in Leishmania mexicana PGKC. The significance of this observation is discussed in the context of glycosomal transport and substrate tunneling. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

The Structure of the Holo-Acyl Carrier Protein of Leishmania major Displays a Remarkably Different Phosphopantetheinyl Transferase Binding Interface

The genome of Leishmania major encodes a type II fatty acid biosynthesis pathway for which no structural or biochemical information exists. Here, for the first time, we have characterized the central player of the pathway, the acyl carrier protein (LmACP), using nuclear magnetic resonance (NMR). Structurally, the LmACP molecule is similar to other type II ACPs, comprising a four-helix bundle, enclosing a hydrophobic core. Dissimilarities in sequence, however, exist in helix II (recognition helix) of the protein. The enzymatic conversion of apo-LmACP into the holo form using type I (Escherichia coli AcpS) and type II (Sfp type) phosphopantetheinyl transferases (PPTs) is relatively slow. Mutagenesis studies underscore the importance of the residues present at the protein protein interaction interface of LmACP in modulating the activity of PPTs. Interestingly, the cognate PPT for this ACP, the L. major 4'-phosphopantetheinyl transferase (LmPPT), does not show any enzymatic activity toward it, though it readily converts other type I and type II ACPs into their holo forms. NMR chemical shift perturbation studies suggest a moderately tight complex between LmACP and its cognate PPT, suggesting inhibition. We surmise that the unique surface of LmACP might have evolved to complement its cognate enzyme (LmPPT), possibly for the purpose of regulation.

A atividade da pterocarpanoquinona LQB 118 in vitro e in vivo em Leishmania braziliensis

As leishmanioses estão entre as mais importantes endemias brasileiras e encontram-se entre as doenças mais negligenciadas no mundo. O arsenal terapêutico disponível é restrito, tóxico, caro e em algumas situações ineficazes, devido ao surgimento de cepas resistentes do parasito. No Brasil são registrados anualmente mais de 20 mil casos de leishmaniose tegumentar e a Leishmania braziliensis é a principal espécie causadora das formas clínicas cutânea e mucosa. Portanto tornam-se importantes estudos que conduzam ao desenvolvimento de novas alternativas terapêuticas. O objetivo do presente estudo foi avaliar a atividade da pterocarpanoquinona denominada LQB118 sobre Leishmania braziliensis in vitro e in vivo usando hamsters como modelo experimental. O efeito antiparasitário foi avaliado sobre o crescimento in vitro das formas promastigotas e sobre amastigotas intracelulares em macrófagos peritoneais de camundongos. Para avaliar o modo ação in vitro foi investigada a indução de apoptose usando marcação por TUNEL e Anexina V-FITC. O efeito sobre a modulação da ativação de macrófagos murinos foi analisada pela dosagem de óxido nítrico (reagente de Griess) e de citocinas IL-12, TNF-alfa e IL-10 (por ELISA) nos sobrenadantes de macrófagos. In vivo a atividade terapêutica da LQB 118 foi estudada em grupos de hamsters infectados com L.braziliensis na pata, tratados com a LQB118 pelas vias intralesional (100M/3x/semana) ou oral (0,5mg/5x/semana) após 7 dias de infecção durante oito semanas. A ação terapêutica foi analisada através do tamanho da lesão. A resposta imune foi avaliada durante o tratamento, pela resposta de hipersensibilidade tardia (DTH) ao antígeno total de L. braziliensis. A ação da LQB118 in vitro foi dose-dependente tanto na forma promastigota inibindo 45%, 64,7% e 99,95%, quanto nas amastigotas intracelulares 22%, 72% e 81% nas concentrações de 5M, 10M e 20M, respectivamente para ambas as formas evolutivas. A LQB118 foi capaz de induzir a externalização de fosfatidilserina em promastigotas (18,57% das células incubadas por 24 h e em 25,79% de células tratadas por 48h) e também promoveu aumento da fluorescência nas duas formas evolutivas da Leishmania quando comparadas aos controles, demonstrando a indução de fragmentação do DNA do parasito. Esta substância também foi capaz de modular a resposta dos macrófagos infectados por 24 horas aumentando de forma dose-dependente a IL-12 e NO, mantendo constante TNF-α. In vivo, na sétima semana de tratamento, observamos uma redução significativa do tamanho das lesões nos animais tratados com LQB 118 intralesional (p<0, 001) e no grupo tratado pela via oral (p<0,05) quando comparado com o controle. Estes resultados demonstram que a atividade anti-Leishmania da LQB118 é direta sobre o parasito pela indução de morte por apoptose, apresentando também uma ação moduladora da resposta dos macrófagos contribuindo para ação leishmanicida, sem alterar a morfologia da célula hospedeira e que a LQB 118 apresenta uma atividade terapêutica no modelo hamster e pode ser uma importante molécula para o desenvolvimento de um novo fármaco.

Efeito da 1,10-fenantrolina e seus derivados complexados em metal na atividade proteolítica de Leishmania braziliensis

Leishmanioses são um grupo de doenças com um largo espectro de manifestações clínicas, as quais variam desde lesões cutâneas até o envolvimento visceral severo, podendo levar ao óbito. A leishmaniose é, ainda hoje, uma doença negligenciada, estando entre os agravos prioritários do programa de pesquisa sobre doenças da pobreza da Organização Mundial da Saúde (OMS). Além de não haver vacinas disponíveis, a terapia é baseada em medicamentos injetáveis que causam sérios efeitos colaterais, tornando o tratamento inviável para muitos países endêmicos. Drogas derivadas de metal representam um novo arsenal terapêutico antimicrobiano e anti-câncer. Os inibidores de peptidase/agentes quelantes tais como 1,10-fenantrolina e seus derivados, no estado livre de metal ou como ligantes com metais de transição, interferem com a função de vários sistemas biológicos. Em trabalhos anteriores, nosso grupo descreveu que o parasito L. braziliensis produziu moléculas gp63 sensíveis a 1,10-fenantrolina. No presente trabalho, demonstramos a distribuição celular da molécula gp63 em uma cepa virulenta de L. braziliensis por meio de análises bioquímicas e imuno-histoquímica. Depois disso, relatamos os efeitos inibitórios de três compostos derivados da 1,10-fenantrolina, 1,10-fenantrolina-5,6-diona (phendio), [Cu(phendio)2] e [Ag(phendio)2], nas atividades metalopeptidases celulares e extracelulares produzidas por promastigotas de L. braziliensis, bem como as suas ações sobre a viabilidade do parasita e na interação com as células de macrófagos murinos. As moléculas gp63 foram detectadas em compartimentos de parasitos, incluindo membrana citoplasmatica e bolsa flagelar. O tratamento de promastigotas de L. braziliensis durante 1 hora com 1,10-fenantrolina e seus derivados resultou numa inibição significativa da viabilidade celular e mostrou um mecanismo de ação irreversível. Estes inibidores de metalopeptidases induziram apoptose em promastigotas de L. braziliensis, demonstrada através da marcação com anexina/iodeto de propídio e ensaio TUNEL. O pré-tratamento de promastigotas com os inibidores de metalopeptidases induziram uma diminuição na expressão de moléculas de superfície gp63, assim como uma redução significativa no índice de associação com macrófagos. Em paralelo, macrófagos infectados com L. braziliensis e tratados com 1,10-fenantrolina e seus derivados promoveram uma potente redução sobre o número de amastigotas intracelulares. O tratamento de macrófagos com 1,10-fenantrolina e seus derivados não induziram o aumento de óxido nítrico. A ação combinatória sobre a capacidade de crescimento entre os compostos derivados da 1,10-fenantrolina e Glucantime, quando ambos foram utilizados em concentracões sub-inibidoras, também foi observada. In vivo os compostos derivados da 1,10-fenantrolina e seus drivados foram capazes de controlar o tamanho das lesões a partir da terceira semana de tratamento em relação ao controle não tratado em hamsters infectados quando administrado por via intraperitoneal. Os animais tratados com os compostos apresentaram maior resposta intradérmica (DTH) aos antígenos de L. braziliensis. Coletivamente, a 1,10-fenantrolina e seus derivados metálicos apresentam uma nova perspectiva de estudos para o desenvolvimento de novos fármacos anti-L. braziliensis

Associação entre estado nutricional e infecção assintomática por Leishmania infantum em moradores de áreas endêmicas para leishmaniose visceral no município de Teresina, Piauí

INTRODUÇÃO: A leishmaniose visceral (LV) é uma doença negligenciada de grande importância no cenário brasileiro, particularmente devido à sua gravidade, sua expansão geográfica e a associação com condições de pobreza. Nesta perspectiva, as condições nutricionais emergem como elementos a serem considerados na compreensão de sua situação epidemiológica, sejam como potenciais fatores de risco para o estabelecimento da doença após infecção ou como fatores associados ao prognóstico. OBJETIVO: Avaliar a associação entre estado nutricional e infecção por Leishmania infantum em moradores de áreas endêmicas para LV no município de Teresina, Piauí. MÉTODOS: Trata-se de um estudo seccional realizado em bairros de alta endemicidade para a doença, envolvendo 198 indivíduos com idade entre 2 e 65 anos. Peso e estatura foram aferidos no domicílio por profissionais treinados. Para a avaliação de adultos foi utilizado o índice de massa corporal (IMC). Para crianças e adolescentes foram avaliados os índices antropométricos (peso / idade, estatura / idade, peso / estatura e IMC / idade). A infecção por L. infantum foi avaliada a partir da intradermorreação de Montenegro (IDRM). Para a análise foi utilizada regressão logística multivariada, estimando-se razões de chances (OR) como medidas de associação e seus respectivos intervalos de confiança (95%). RESULTADOS: A prevalência de infecção assintomática foi de 32,6%. A prevalência de excesso de peso foi de 52% entre adultos (IMC ? 25 kg/m) e de 23,9% entre crianças e jovens (escore-z de IMC / idade > 1). Indivíduos com sobrepeso, tanto adultos como aqueles de até 19 anos, apresentaram chance de infecção cerca de 70% maior quando comparados aos eutróficos (p>0,05 para ambos). CONCLUSÃO: Ainda que não estatisticamente significante, a associação entre infecção assintomática por L. infantum e sobrepeso sugere que estes indivíduos possam estar sob maior risco de infecção por apresentarem déficits de micronutrientes relevantes para a resposta imune específica. Para investigar esta hipótese, são necessários estudos longitudinais que investiguem o papel do consumo alimentar e do perfil de micronutrientes desta população no risco de infecção por L. infantum.

Atividade do flavonóide quercetina em Leishmania braziliensis usando hamster como modelo de infecção

As leishmanioses estão entre as mais importantes endemias brasileiras e encontram-se entre as doenças mais negligenciadas no mundo. O arsenal terapêutico disponível é restrito, tóxico, caro e em algumas situações ineficazes, devido ao surgimento de cepas resistentes do parasito. No Brasil são registrados anualmente mais de 20 mil casos de leishmaniose tegumentar e a Leishmania braziliensis é a principal espécie causadora das formas clínicas cutânea e mucosa. Estudos prévios mostraram que o flavonóide quercetina tem ação terapêutica pela via oral em camundongos infectados com L. amazonensis. O objetivo do presente estudo foi avaliar a atividade do flavonóide quercetina sobre Leishmania braziliensis in vitro e in vivo usando hamsters como modelo experimental. O efeito antiparasitário da quercetina foi avaliado sobre o crescimento in vitro das formas promastigotas e sobre amastigotas intracelulares em macrófagos peritoneais de camundongos e hamsters. O efeito da quercetina sobre macrófagos foi avaliado pela dosagem de óxido nítrico pelo método de Griess nos sobrenadantes das culturas e espécies reativas de oxigênio (EROs) intracelular através do H2DCFDA. In vivo a atividade terapêutica da quercetina foi estudada em grupos de hamsters infectados com L.braziliensis na pata, tratados com quercetina pela via oral (2mg/ 5X / semana) após 7 dias de infecção durante oito semanas.A ação terapêutica foi analisada através do tamanho da lesão. A resposta imune foi avaliada durante o tratamento, pela resposta de hipersensibilidade tardia (DTH) ao antígeno total de L. braziliensis. A quercetina não apresentou atividade sobre o crescimento de promastigotas em cultura em nenhuma das concentrações testadas. Em amastigotas intracelulares quercetina apresentou ação dose dependente em macrófagos de camundongos e hamsters inibindo 45% e 54% e 25% e 48 %, respectivamente nas concentrações de 50 e 100g/ml após 48h de tratamento. O pré - tratamento dos macrófagos de camundongos e hamsters com quercetina foi capaz de inibir o crescimento de amastigotas intracelulares em 57, 58 e 74% e 49, 50, e 58% respectivamente, nas concentrações de 25, 50 e 100 g/ml, apresentado ação inibitória significativa em todas as concentrações testadas. Não houve alteração na produção de NO pelos macrófagos, entretanto macrófagos pré tratados com a quercetina por 24 horas antes da infecção apresentaram um aumento significativo na produção de EROs, quando comparados aos controles. Macrófagos tratados antes e depois da infecção, apresentaram diminuição da produção de EROs. In vivo, a quercetina foi capaz de controlar o tamanho das lesões a partir da terceira semana de tratamento em relação ao controle não tratado ( P< 0,05). Os animais tratados com quercetina apresentaram maior resposta intradérmica aos antígenos de L. braziliensis. Esses dados mostram que a quercetina tem atividade sobre L. braziliensis, inibindo amastigotas intracelulares in vitro e sendo capaz de controlar o tamanho das lesões em hamsters infectados quando administrada pela via oral.