Análise proteômica comparativa dos componentes da superfície celular e do secretoma de Aspergillus fumigatus

Aspergillus fumigatus é o principal agente etiológico da aspergilose invasiva, infecção fúngica oportunista com altas taxas de mortalidade afetando, principalmente, pacientes com neutropenia profunda e prolongada. Durante o processo de invasão e disseminação características desta infecção sistêmica, os conídios do fungo inalados e não eliminados pelas células do sistema imune inato diferenciam-se em hifas que, por sua vez, são angioinvasivas. Pouco se conhece sobre as moléculas da parede celular envolvidas na patogênese do A. fumigatus e/ou secretadas por este patógeno. Neste contexto, este trabalho procura ampliar o entendimento desta doença através do estudo de proteínas diferencialmente expressas na superfície de A. fumigatus durante a morfogênese. Foi utilizada uma abordagem proteômica e foram estudados extratos de superfície de células de A. fumigatus em diferentes estágios durante o processo de filamentação. Estas células foram denominadas, de acordo com o tempo de cultivo e a morfologia, como: TG6h (tubo germinativo), H12h ou H72h (hifas). As proteínas de superfície celular foram extraídas, a partir de células intactas, por tratamento brando com o agente redutor DTT (ditiotreitol). Observou-se que o perfil funcional das proteínas expressas por H12h e H72h foi similar, com exceção de proteínas relacionadas à resposta ao estresse, enquanto o perfil para TG6h apresentou diferenças significativas para vários grupos funcionais de proteínas quando comparado às hifas. Desta forma, foram realizados experimentos de proteômica diferencial entre tubo germinativo (TG6h) e a hifa madura (H72h), pela técnica de DIGE (differential gel electrophoresis). Os resultados revelaram que entre as proteínas diferencialmente expressas, aquelas relacionadas às vias de biossíntese e outras denominadas multifuncionais encontraram-se superexpressas em TG6h. Em relação às proteínas de resposta a estresse, observou-se que algumas HSPs eram mais expressas neste morfotipo, enquanto a MnSOD, relativa à resposta ao estresse oxidativo, era mais abundante na hifa. Com exceção da PhiA, integrante da parede celular, as proteínas identificadas como diferencialmente expressas na superfície do A. fumigatus não possuem sinal para secreção identificável, enquadrando-se nas proteínas atípicas de superfície. Foi verificada a integridade da membrana celular após tratamento com DTT, bem como a marcação por biotina das proteínas extraídas, o que comprovou sua localização superficial na célula fúngica. Hipóteses de que estas proteínas sejam endereçadas à parede celular por via secretória alternativa sustentam estes dados. Estas evidências foram confirmadas pelo fato de não terem sido encontradas as mesmas proteínas da superfície na análise do secretoma do A. fumigatus. Além disso, todas as proteínas caracterizadas no secretoma apresentavam sinal de secreção determinado pelo FunSecKB (www.proteomics.ysu.edu/secretomes/fungi.php). A análise do secretoma foi realizada utilizando-se a cepa selvagem AF293 e a mutante ∆prtT, mutante para um fator de transcrição que atua na regulação da secreção de proteases. Os resultados revelam a ALP1 como expressa na cepa selvagem, assim como outras proteases importantes para virulência e desenvolvimento da célula fúngica, estando suprimidas quando o gene prtT foi deletado.

Mapeamento de proteínas alvo para novos antifúngicos na fração microssomal e citosólica do patógeno humano Aspergillus fumigatus

A incidência de infecções fúngicas invasivas vem aumentando nos últimos anos. Estas infecções, em geral, apresentam altas taxas de mortalidade. A profilaxia com antifúngicos ainda é a estratégia mais comum na contenção da mortalidade e prevenção contra infecções fúngicas invasivas, porém, apresenta baixa eficiência, e relatos de resistência às drogas. Além disso, a terapia antifúngica é limitada a um pequeno grupo de drogas, como os polienos, azóis e equinocandinas. Desta forma, a busca de novos alvos de drogas é fundamental para o desenvolvimento de novos antifúngicos. Estudos in silico indicaram quatro genes como potenciais alvo de drogas em fungos patogênicos. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi verificar a expressão das proteínas codificadas por dois destes possíveis genes alvo, a proteína erg6, na fração microssomal, e trr1, na fração citosólica, em hifas de A. fumigatus. Visando alcançar este objetivo, foram primeiramente padronizadas todas as etapas de fracionamento celular visando isolar estas duas subfrações celulares de A. fumigatus. Posteriormente, foi otimizado o protocolo de extração e reidratação de proteínas microssomais bem como reidratação de proteínas citosólicas. Estes extratos foram submetidos a diferentes protocolos de fracionamento proteico em um sistema de eletroforese OFFGEL (OGE). Os resultados de Western immunoblot mostraram que estas duas proteínas, erg6 e trr1, são de fato expressas na fase filamentosa de A. fumigatus. O extrato proteico da fração microssomal submetido ao OGE em doze subfrações apresentou três subunidades da proteína erg6, reconhecidas pelo anticorpo monoclonal, com massas moleculares e pI distintos: uma subunidade de aproximadamente 79 kDa com pI entre 5,91 e 6,49, e outras duas subunidades de aproximadamente 35 kDa e 32 kDa, ambas com pI entre 6,49 e 7,08. A enzima erg6 foi descrita como um homotetrâmero em outros fungos. Porém, nossos resultados sugerem que, em A. fumigatus, a erg6 possui uma estrutura heterotetramérica. Quanto à proteína trr1, tanto no extrato total quanto nas frações resultantes do fracionamento em OGE, uma banda única de aproximadamente 40 kDa, com pI na faixa de 4,79 e 5,33, foi reconhecida pelo anticorpo policlonal. Desta forma, esta proteína parece ter uma estrutura homodimérica, assim como descrito em outros micro-organismos.

Perfil de secreção de citocinas e de ativação de células endoteliais após interação com cepas selvagens e mutantes de Aspergillus fumigatus

Apesar do desenvolvimento de novas drogas antifúngicas e da sua utilização como terapia profilática visando à prevenção de infecções fúngicas invasivas, estas ainda constituem-se num problema emergente, com elevadas taxas de mortalidade. Neste contexto, destaca-se a aspergilose invasiva, uma infecção fúngica oportunista que acomete pacientes com neutropenia profunda e prolongada, principalmente os pacientes com leucemia aguda ou submetidos a transplante de medula óssea. Aspergillus fumigatus, um fungo filamentoso, é o principal agente etiológico da aspergilose invasiva, sendo um patógeno angioinvasivo. As hifas deste fungo são capazes de causar injúria e ativação endotelial, induzindo o endotélio a um fenótipo pró-trombótico, que por sua vez, é mediado pela secreção de citocinas pró-inflamatórias, em especial, o TNF-α. O presente trabalho teve como objetivo estudar a capacidade de cepas mutantes de A. fumigatus em ativar células endoteliais, avaliando o perfil de secreção de citocinas em meio condicionado e a expressão de fator tecidual. Resumidamente, monocamadas confluentes de células endoteliais isoladas da veia umbilical humana foram incubadas com conídios e tubos germinativos de cepas selvagens (Af293 e Ku80) e mutantes (Δugm1, ΔcalA, ΔcrzA, ΔprtT) de A. fumigatus. A taxa de adesão e endocitose destas cepas às monocamadas de HUVEC foi avaliada a partir de um ensaio quantitativo de imunofluorescência diferencial. O perfil cinético de secreção de citocinas foi determinado em meio condicionado das HUVECs, por ensaio de multiplex para IL-6, IL-8 e TNF-α. A ativação endotelial, por sua vez, foi determinada pela expressão de fator tecidual por RT-PCR em tempo real. Os resultados obtidos demonstraram que a mutante para o gene ugm1, responsável por codificar a enzima UDP-galactopiranose mutase, que converte resíduos de galactopiranose a galactofuranose, apresentou um fenótipo hiperaderente às células endoteliais e um estímulo 10 vezes maior à secreção de TNF-α e 2,5 vezes maior a secreção de IL-6, quando comparada a ativação observada para as cepas selvagens. A galactofuranose é um componente importante de glicoconjugados da parede celular de A. fumigatus. Dessa forma, a ausência desse monossacarídeo na célula fúngica leva a um mecanismo compensatório caracterizado por um aumento na expressão de moléculas de galactosaminogalactana na parede celular. De maneira contrária, mutantes para os genes calA e crzA, apresentaram um fenótipo hipoaderente às HUVECs e uma perda na capacidade de induzir a secreção de citocinas e ativar o endotélio. Essas mutantes apresentam deleções que interferem na via de cálcio/calcineurina, responsável por regular a morfogênese e virulência de A. fumigatus, além de apresentarem alterações no conteúdo de beta-1-3 glucana. Já a cepa ΔprtT, mutante para o fator de transcrição prtT que regula a secreção de múltiplas proteases, apresentou um fenótipo de adesão, estímulo e ativação endotelial semelhante ao observado para as cepas selvagens. A comparação entre a capacidade de conídios e tubos germinativos em ativar células endoteliais, corroborou achados anteriores da literatura que reportam que só hifas são capazes de ativar células endoteliais, independentemente da sua viabilidade. Os dados deste estudo permitiram concluir que dentre os componentes de superfície celular de A. fumigatus, os polímeros de galactose, em especial a galactosaminogalactana, parecem ser responsáveis, pelo menos em parte, pelos mecanismos de interação e ativação endotelial.

Estudo proteômico da interação do Aspergillus fumigatus com células endoteliais da veia umbilical humana (HUVECs)

O Aspergillus fumigatus é o principal agente etiológico da aspergilose invasiva, uma infecção fúngica oportunista que acomete, principalmente, pacientes de Unidades Hematológicas, como aqueles com neutropenia profunda e prolongada. Após a filamentação este fungo angioinvasivo é capaz de ativar e causar danos em células endoteliais de veia umbilical humana (HUVEC) que passam a expressar um fenótipo pró-trombótico. A ativação destas células, dependente de contato célulacélula, é mediada por TNF-α e caracterizada pela expressão de moléculas próinflamatórias, como citocinas, quimiocinas e moléculas de adesão. Recentemente, nosso grupo comparou a ativação endotelial de HUVECs desafiadas com cepas selvagens e uma cepa mutante para o gene UGM1. Nestes experimentos a cepa mutante Δugm1, que apresenta um fenótipo de maior produção de galactosaminogalactana (GAG) na parede celular, mostrou um fenótipo hiperadesivo e uma capacidade maior de ativar células endoteliais. Entretanto, os receptores e as vias de sinalização envolvidos nesta ativação permanecem desconhecidos. Assim, o objetivo deste trabalho foi verificar as proteínas envolvidas nestes processos através do estudo das proteínas diferencialmente expressas nas HUVECs após a interação com A. fumigatus, usando a técnica proteômica 2D-DIGE. Brevemente, as HUVECs foram infectadas com tubos germinativos da cepa selvagem (AF293) e da cepa Δugm1 de A. fumigatus. Em seguida, as proteínas foram marcadas com diferentes fluorocromos e separadas por eletroforese bidimensional. A análise quantitativa foi realizada utilizando o software DeCyder. Foram identificadas por MS/MS cinco proteínas diferencialmente expressas, incluindo a galectina-1 e a anexina A2, ambas mais expressas após a interação, sendo a primeira ~25% mais expressa após a interação com a mutante Δugm1. Este trabalho propõe que a galectina-1 poderia ser o receptor endotelial para polímeros de galactose presentes na parede celular do A. fumigatus, e que a Anexina A2 poderia estar envolvida na sinalização intracelular em resposta a este patógeno. No entanto, experimentos complementares, em curso, são necessários para comprovar esta hipótese.

Characterization of the FKBP12-Encoding Genes in Aspergillus fumigatus.

Invasive aspergillosis, largely caused by Aspergillus fumigatus, is responsible for a growing number of deaths among immunosuppressed patients. Immunosuppressants such as FK506 (tacrolimus) that target calcineurin have shown promise for antifungal drug development. FK506-binding proteins (FKBPs) form a complex with calcineurin in the presence of FK506 (FKBP12-FK506) and inhibit calcineurin activity. Research on FKBPs in fungi is limited, and none of the FKBPs have been previously characterized in A. fumigatus. We identified four orthologous genes of FKBP12, the human FK506 binding partner, in A. fumigatus and designated them fkbp12-1, fkbp12-2, fkbp12-3, and fkbp12-4. Deletional analysis of the four genes revealed that the Δfkbp12-1 strain was resistant to FK506, indicating FKBP12-1 as the key mediator of FK506-binding to calcineurin. The endogenously expressed FKBP12-1-EGFP fusion protein localized to the cytoplasm and nuclei under normal growth conditions but also to the hyphal septa following FK506 treatment, revealing its interaction with calcineurin. The FKBP12-1-EGFP fusion protein didn't localize at the septa in the presence of FK506 in the cnaA deletion background, confirming its interaction with calcineurin. Testing of all deletion strains in the Galleria mellonella model of aspergillosis suggested that these proteins don't play an important role in virulence. While the Δfkbp12-2 and Δfkbp12-3 strains didn't show any discernable phenotype, the Δfkbp12-4 strain displayed slight growth defect under normal growth conditions and inhibition of the caspofungin-mediated "paradoxical growth effect" at higher concentrations of the antifungal caspofungin. Together, these results indicate that while only FKBP12-1 is the bona fide binding partner of FK506, leading to the inhibition of calcineurin in A. fumigatus, FKBP12-4 may play a role in basal growth and the caspofungin-mediated paradoxical growth response. Exploitation of differences between A. fumigatus FKBP12-1 and human FKBP12 will be critical for the generation of fungal-specific FK506 analogs to inhibit fungal calcineurin and treat invasive fungal disease.

Effect of Aspergillus fumigatus and Candida albicans on pro-inflammatory response in cystic fibrosis epithelium.

Background
The identification of filamentous fungi and/or yeasts in the airway secretions of individuals with cystic fibrosis (CF) is becoming increasingly prevalent; yet the importance of these organisms in relation to underlying inflammation is poorly defined.

Methods
Cystic fibrosis bronchial epithelial cells (CFBE) and human bronchial epithelial cells (HBE) were co-incubated with Candida albicans whole cells or Aspergillus fumigatus conidia for 24 h prior to the measurement of pro-inflammatory cytokines IL-6 and IL-8 by ELISA.

Results
Treatment of HBE or CFBE with C. albicans whole cells did not alter cytokine secretion. However treatment of CFBE with A. fumigatus conidia resulted in a 1.45-fold increase in IL-6 and a 1.65-fold increase in IL-8 secretion in comparison to basal levels; in contrast there was far less secretion from HBE cells.

Conclusion
Our data indicate that A. fumigatus infection modulates a pro-inflammatory response in CF epithelial cells while C. albicans does not.

Ecology of aspergillosis: insights into the pathogenic potency of Aspergillus fumigatus and some other Aspergillus species

Fungi of the genus Aspergillus are widespread in the environment. Some Aspergillus species, most commonly Aspergillus fumigatus, may lead to a variety of allergic reactions and life-threatening systemic infections in humans. Invasive aspergillosis occurs primarily in patients with severe immunodeficiency, and has dramatically increased in recent years. There are several factors at play that contribute to aspergillosis, including both fungus and host-related factors such as strain virulence and host pulmonary structure/immune status, respectively. The environmental tenacity of Aspergilllus, its dominance in diverse microbial communities/habitats, and its ability to navigate the ecophysiological and biophysical challenges of host infection are attributable, in large part, to a robust stress-tolerance biology and exceptional capacity to generate cell-available energy. Aspects of its stress metabolism, ecology, interactions with diverse animal hosts, clinical presentations and treatment regimens have been well-studied over the past years. Here, we synthesize these findings in relation to the way in which some Aspergillus species have become successful opportunistic pathogens of human- and other animal hosts. We focus on the biophysical capabilities of Aspergillus pathogens, key aspects of their ecophysiology and the flexibility to undergo a sexual cycle or form cryptic species. Additionally, recent advances in diagnosis of the disease are discussed as well as implications in relation to questions that have yet to be resolved.

Microcalorimetry Assay for Rapid Detection of Voriconazole Resistance in Aspergillus fumigatus.

We describe a calorimetric assay for detection of voriconazole-resistant Aspergillus fumigatus within 8 h. Among 27 genetically distinct strains, all 21 resistant and all 6 susceptible strains were correctly identified by measurement of fungal heat production in the presence of voriconazole. This proof-of-concept study demonstrates the potential of microcalorimetry for rapid detection of azole resistance in A. fumigatus.

Sensibilisation à l'Aspergillus fumigatus et devenir fonctionnel de l'asthme : Aspergillus et calibre bronchique

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Growth inhibition of Candida species and Aspergillus fumigatus by statins

Statins are a class of drugs widely used for lowering high cholesterol levels through their action on 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase, a key enzyme in the synthesis of cholesterol. We studied the effects of two major statins, simvastatin and atorvastatin, on five Candida species and Aspergillus fumigatus. The statins strongly inhibited the growth of all species, except Candida krusei. Supplementation of Candida albicans and A. fumigatus with ergosterol or cholesterol in aerobic culture led to substantial recovery from the inhibition by statins, suggesting specificity of statins for the mevalonate synthesis pathway. Our findings suggest that the statins could have utility as antifungal agents and that fungal colonization could be affected in those on statin therapy.

Functional Characterization of an Aspergillus fumigatus Calcium Transporter (PmcA) that Is Essential for Fungal Infection

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

Production and partial characterization of serine and metallo peptidases secreted by Aspergillus fumigatus Fresenius in submerged and solid state fermentation

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