Aspectos bioquímicos y celulares de la reproducción de los vectores de la enfermedad de Chagas: regulación e importancia fisiológica. Biochemical and cellular aspects of the reproduction of Chagas’ disease vectors: regulation and physiologycal impact

En la hipótesis de trabajo del presente proyecto se considera la importancia del metabolismo de lípidos y proteínas en los insectos hematófagos, en particular en los vectores de la enfermedad de Chagas, para afrontar exitosamente la demanda energética de la reproducción. Las hembras de estas especies pueden ingerir una comida de sangre abundante en lípidos y proteínas, los que son modificados en el intestino para su utilización y posterior almacenamiento en estructuras organizadas en el tejido ovárico, sustentando así el rápido crecimiento de los ovocitos. Estos aspectos resultan críticos para el ciclo de vida del insecto y para el mantenimiento de la cadena epidemiológica de la enfermedad. En estas especies, recientemente hemos caracterizado a nivel bioquímico y celular la interacción entre lipoproteínas y tejidos [Fruttero y col., Insect Biochem. Mol. Biol. 39: 322-331 (2009); Fruttero y col. Biocel 33 (3): 260 (2009)] y las fases del ciclo reproductivo [Aguirre y col., J. Insect Physiol. 54: 393-402 (2008)]. No obstante, los factores que participan en su regulación son aún escasamente conocidos. En este contexto, el estudio propone emplear dos especies de triatominos con el objeto de: (1) caracterizar los factores involucrados en la formación y regulación de reservas nutricionales en los ovocitos; (2) analizar los eventos que participan en la regresión del tejido ovárico: atresia folicular y mecanismos de muerte celular. (3) evaluar el impacto de productos naturales (ureasas vegetales y péptidos derivados) en el desarrollo del tejido ovárico. Para la ejecución de los objetivos se llevarán a cabo ensayos in vivo e in vitro con trazadores fluorescentes, fraccionamiento subcelular, estudios de expresión de proteínas (mRNA y proteína), estudios histo-morfológicos, ultraestructurales e inmunocitoquímicos, microscopía láser confocalizada, ensayos de actividad enzimática, ELISA, western-blot, electroforesis bidimensional, espectrometria de masas en tándem, etc. También se evaluarán los mecanismos de muerte celular (apoptosis/autofagia) mediante microscopía electrónica, detección de apoptosis in situ (TUNEL), inmunofluorescencia, etc. Los resultados obtenidos permitirán un mejor conocimiento sobre la fisiología y bioquímica de estos vectores, los que resultan indispensables en el diseño de nuevas estrategias para su control. Debido a la carencia de un tratamiento específico para la enfermedad y a la falta de métodos preventivos (vacuna), el control del vector es una de las vías más importantes para reducir la incidencia de la enfermedad. Actualmente, la situación socio-económica que sufren amplios núcleos de nuestra población propicia condiciones de vida que facilitan la reproducción de los vectores y la transmisión vectorial del parásito. El estudio permitirá además explorar aspectos bioquímicos y celulares básicos, generando conocimientos que podrían ser extensivos a otros insectos de importancia económica en la ganadería y/o agricultura. The aim of this project is to analyze the biochemical and cellular events involved in the lipid and protein metabolism in Chagas' disease vectors, and to evaluate their impact on the physiology of reproduction, particularly in the formation of nutritional resources in developing oocytes. At present, little is known about these critical aspects for the life cycle of the insect and for the epidemiology of the disease. The experimental approaches, which will be carried out using two species of triatomines, were designed: (1) to characterize factors involved in the formation and regulation of nutritional resources in developing oocytes; (2) to analyze the biochemical and cellular events that play a role during the regression of ovarian tissue, including the processes of oocyte resorption and programmed cell death. (3) to evaluate the impact of natural products (ureases from jackbean and related peptides) in the development of ovarian tissue. Methods and techniques involved in the project are: in vivo and in vitro assays with fluorescent tracers, ELISA, chemical assays, enzyme activities, western-blot; protein expression (mRNA), histological techniques, immunohistochemical and ultrastructural studies. Cell death will be analyzed by detection of apoptosis in situ (TUNEL), immunofluorescence (for autophagy), among others. The results obtained from the study will offer the opportunity to explore important aspects in the biology and physiology of Chagas' disease vectors that could be of potential utility in designing alternative strategies for the control of the insect.

Búsqueda de marcadores de evolución y tratamiento en la miocardiopatía por Enfermedad de Chagas. Searching for indicators of evolution and treatment of Chagas disease miocardiopathy.

El 30 por ciento de personas infectadas con T. cruzi desarrollará una cardiopatía chagásica de expresión clínica variada. Por esta razón es relevante identificar marcadores genéticos y de evolución de la miocardiopatía a fin de clasificar a los pacientes, acorde al grado de riesgo de desarrollar la enfermedad, así como es necesario investigar sobre mejores tratamientos.Los marcadores genéticos de riesgo (polimorfismos relacionados con enfermedades) colaboran identificando genes involucrados en enfermedades poligénicas. Analizaremos SNPs (single nucleotide polymorphism) localizados en zonas potencialmente funcionales de los genes de endotelina-1, su receptor A, de SOD-Mn, y de TNF alfa, factores que intervendrían en la expresión de severidad de la cardiopatía.El corazón es un órgano altamente dependiente de la energía provista por las mitocondrias y éstas son blanco de mediadores inflamatorios que se producen con el ingreso del parásito; por eso estudiaremos en corazones de ratones y de pacientes chagásicos las alteraciones genéticas, morfológicas y funcionales mitocondriales con el fin de determinar lesiones y evolución de las mismas.Existen controversias en tratar la Enfermedad de Chagas fuera de la etapa aguda por la toxicidad de las drogas. La clomipramina antidepresivo usado en siquiatría, demostró impedir la evolución de la infección aguda en modelos experimentales; proponemos el tratamiento con benznidazol a la mitad de la dosis habitual asociada a clomipramina en bajas concentraciones en modelos experimentales en el estadío crónico. Estos resultados aportarán a la fisiopatogenia de la miocardiopatía chagásica, al contar con marcadores de evolución, severidad y de probable riesgo de desarrollar la cardiopatía y serán un aporte a la prevención y nuevos tratamientos.

Enfermedad de Chagas: epidemiología de vectores y estrategias educativas para la vigilancia entomológica en áreas de riesgo del norte de la provincia de Córdoba. Chagas disease: epidemiology of vectors and educational strategies for entomological surveillance in risk areas of northern province of Cordoba.

La Enfermedad de Chagas es considerada en términos sociales y económicos, una de las enfermedades parasíticas más importantes de América Latina. La transmisión vectorial de esta enfermedad ha sido interrumpida en gran parte de América Latina sin embargo, el control vectorial no ha podido lograr la sostenibilidad y la efectividad necesarias para interrumpir la transmisión vectorial en la región del Gran Chaco de Argentina, Bolivia y Paraguay. La permanencia de poblaciones residuales de triatominos en estructuras peridomiciliarias permite una rápida recuperación del vector, sugiriéndose que estas poblaciones serían la principal fuente de reinfestación de la vivienda humana. Este escenario plantea por lo tanto la necesidad de estudiar con más profundidad las poblaciones de triatominos presentes en los peridomicilios para comprender su dispersión, capacidad de domiciliación y así entender el posible peligro que pueden presentar para el hombre como especies vectoras de la enfermedad de Chagas. Dentro de la provincia de Córdoba existen áreas que por la presencia histórica de triatomineos, la notificación reciente de casos de Chagas vectorial y el registro de especies silvestres invadiendo los domicilios merecen un estudio más profundo. Es por ello que se propone realizar un relevamiento de las especies de triatomineos que habitan los domicilios y peridomicilios en estas zonas, calcular los índices de infección con Trypanosoma cruzi que presentan, caracterizar su perfil alimentario, los factores de riesgo que favorecen su refugio, su capacidad dispersiva y diferenciar fenotípicamente entre las poblaciones peridomésticas para comprender mejor el posible peligro que pueden presentar para el hombre como especies vectoras de la enfermedad de Chagas. Además, y de manera complementaria, se aplicarán estrategias educativas en el ámbito escolar que sirvan para la vigilancia entomológica y acciones preventivas de la Enfermedad de Chagas. La determinación del perfil alimentario pautará la potencialidad de cada vector, siendo esta información fundamental para el análisis de situaciones epidemiológicas de riesgo. La capacidad dispersiva y la diferenciación fenotípica de las poblaciones permitirán conocer el posible movimiento y flujo de triatominos desde y hacia la vivienda humana. La determinación de los factores que favorecen el refugio de triatominos permitirá conocer el nivel de riesgo en que se encuentra cada domicilio. Además, considerando la importancia de las poblaciones peridomésticas en los procesos de reinfestación, se analizará la capacidad dispersiva que presentan los triatominos a través de su estado nutricional y, mediante la morfometría clásica y geométrica, se analizará como se estructura la diversidad fenotípica en los domicilios y peridomicilios. La aplicación de estrategias educativas en el ámbito escolar favorecerá el conocimiento en general de esta enfermedad, la vigilancia entomólogica y las acciones preventivas por parte de los niños en edad escolar. Chagas disease is considered socially and economically, one of the most important parasitic diseases in Latin America. Vector transmission of this disease has been interrupted in much of Latin America, however, vector control has failed to achieve sustainability and effectiveness necessary to interrupt the vector transmission in the Gran Chaco region of Argentina, Bolivia and Paraguay. The permanence of residual populations of triatomine in the peridomiciliary structures enables fast recovery of the vector, suggesting that these populations would be the main source of reinfestation of human dwellings. Within the province of Córdoba, there are areas that the historical presence of triatomines, the recent notification of cases of Chagas vector and recording of wild species invading the homes deserve further study. That is why, there will be a survey of Triatominae species that inhabit the domiciles and peridomiciles in these areas, rates of infection with Trypanosoma cruzi, their host feeding preferences, the risk factors that favor its shelter, their dispersive capacity and phenotypic differentiation between peridomestic populations, to better understand the potential danger they may present to the man and vector species of Chagas disease. In addition, complementary, educational strategies in schools were implemented that serve for entomological surveillance and preventive actions of Chagas disease. The determination of the potential food profile patterns of each vector is essential for epidemiological analysis of risk situations. Dispersive capacity and phenotypic differentiation of populations may allow understanding the movement and flow of triatomines and from human habitation.

Vacunación en la Enfermedad de Chagas experimental: estudio de mediadores involucrados en la protección en ratones y aplicación de la vacuna en perros. Vaccination in experimental Chagas'disease: study of intermediates involved in the protection of mice and application of the vaccine in dogs.

La Enfermedad de Chagas es una de las principales endemias de América Latina donde existen cerca de 18 millones de infectados y 90 millones en riesgo. Entre el 25 y el 30 por ciento desarrolla patología cardíaca o digestiva en el período crónico. Se ha postulado que mecanismos autoinmunes, sumados a la acción directa del parásito, podrían estar involucrados en la patogenia de la enfermedad. El desarrollo de vacunas tradicionales en Enfermedad de Chagas es una meta difícil de alcanzar, por lo cual parece más factible abordar estrategias basadas en la inmunomodulación, para disminuir la carga parasitaria, minimizar las acciones deletéreas en el periodo agudo y prevenir el desarrollo de patología en la etapa crónica. Para ello es necesario avanzar en el conocimiento de los mecanismos involucrados en la protección y en la patogenia. Si se acepta la hipótesis autoinmune, una estrategia de vacunación con un tripanosoma antigénicamente similar al T. cruzi pero no patógeno podría evitar posibles mecanismos autoagresivos. En nuestro Laboratorio se ha empleado un modelo de vacunación en ratones utilizando como inmunógeno el Trypanosoma rangeli, no patógeno en humanos. Los ratones vacunados, infectados con T. cruzi, mostraron buena respuesta inmune celular y humoral, bajas parasitemias, ausencia de lesiones histológicas, y sobrevida cercana al 100 por ciento. Los controles no vacunados tuvieron una elevada mortalidad. Debido al ciclo biológico del parásito, la defensa efectiva contra el T. cruzi requiere una potente respuesta de anticuerpos contra las formas extracelulares y una eficaz respuesta celular contra los amastigotes intracelulares. En el modelo desarrollado en nuestro laboratorio la protección se asocia con un adecuado equilibrio entre respuesta TH1 y TH2, con leve predominio TH1, disminución de citoquinas (Ck) proinflamatorias e incremento de receptores solubles de Ck. El esquema de inmunización demostró asimismo su eficacia en cobayos y en perros mantenidos en el Laboratorio. Hipótesis de trabajo: - La vacunación con T. rangeli desencadena mecanismos inmunomodulatorios que protegen de la infección con T. cruzi, entre los cuales se encuentran eventos que actúan tempranamente en el sitio de inoculación y en los que están involucradas células y moléculas del sistema inmune innato. - La vacunación a perros constituye una nueva herramienta en la lucha contra la Enfermedad de Chagas. Objetivos: i) profundizar el estudio tendiente a dilucidar los mecanismos involucrados en la resistencia inducida por la inmunización con T. rangeli en ratones; ii) estudiar el efecto que tiene el estrés físico de los ratones sobre la eficacia de la vacunación y iii) analizar la inmunogenicidad de la vacuna en perros de zonas endémicas para Enfermedad de Chagas. Material y metodos: Los ratones y perros serán vacunados con tres dosis de epimastigotes de T. rangeli, fijados con glutaraldehido y los controles solo recibirán PBS. Los ratones seran desafiados con T. cruzi. Se estudiará en liquido peritoneal: a) poblaciones celulares por Citometria de flujo; b) cuantificación de los distintos tipos de inmunoglobulinas, de citoquinas y sus receptores solubles, por ELISA, c) ON y arginasa, por técnicas colorimetricas; d) est.udio de la interacción macrófago-parásito y de receptores celulares por Inmunofluorescencia. e) En perros, se realizarán estudios parasitológicos (xenodiagnostico) y serológicos en vacunados y controles, 12 y 24 meses post vacunación. Resultados esperados e importancia del proyecto: se espera conocer los principales eventos tempranos que participan en la eliminación de los parásitos en los animales vacunados, el efecto del stress sobre la vacunación y asimismo, la inmunogenicidad de la vacuna en perros de campo. Todo ello permitirá obtener información sobre la eficacia de la vacunación experimental y podría aportar una herramienta adicional contra la Enfermedad de Chagas, interfiriendo en la cadena epidemiológica en áreas endémicas.

Agentes deletéreos para Trypanosoma cruzi: Patogenia de la infección de placenta humana en la enfermedad congénita de Chagas, in vitro. Deleterious agents to Trypanosoma cruzi: Pathogenia of the human placenta infection in the congenital Chagas disease.

Trypanosoma cruzi, agente causal del Chagas, atraviesa la barrera placentaria y produce la enfermedad congénita. Objetivo general: Analizar si el T. cruzi, agente causal del Chagas, produce alteraciones trofoblásticas de las vellosidades coriónicas mediadas por óxido nítrico (principal agente deletéreo contra T. cruzi) y estrés oxidativo con variaciones que pudieran depender de la disponibiidad de L-arginine, sobre placentas en modelos in vitro de co-cultivos de explantos de vellosidades coriónicas, de sinciciotrofoblasto aislado y de células derivadas del trofoblasto de placentas humanas en interacción con distintas cepas del Trypanosoma cruzi, que pudieran dar alguna luz en la explicación de mecanismos involucrados en la infección placentaria y en algunos síndromes clínicos de la transmisión congénita del Chagas. Objetivos Específicos: a) Describir alteraciones estructurales y presencia de T. cruzi en vellosidades coriónicas de placentas humanas procedentes de co-cultivos con Trypanosoma cruzi in vitro (y sus respectivos controles), mediante técnicas histológicas y PCR analizando secuencias de ADN específicas del parásito.b) Establecer la localización y expresión proteica y la expresión transcripcional de las isoformas II y III de la Öxido Nítrico Sintasa sobre la misma población muestral de (a) mediante técnicas inmunohistoquímica, RT-PCR y semicuantificación con software adecuado. c) Analizar la susceptibilidad a la infección por el T. cruzi del citotrofoblasto (CTB) y sinciciotrofoblasto (STB) placentario aislado in vitro. d) Determinar concentraciones de óxido nítrico y estrés oxidativo del sinciciotrofoblasto (STB) aislado ante la infección por T. cruzi. e) Relacionar concentraciones de L-arginina con infección del trofoblasto aislado. f) Relacionar inhibiciones de la eNOS y de la arginasa con infección trofoblástica y óxido nítrico producido.Se emplearán métodos y técnicas de Biología celular y molecular, mediciones hormonales, enzimáticas, proteicas, parasitarias y bioquímicas en medios sobrenadantes de cultivo, de inmuno-detección de epitopes proteicos en tejidos, expresión de ARN por RT-PCR, Western blot, detección de DNA en tejidos por PCR, Cuantificaciones morfométricas. En general, el presente proyecto podría redundar en beneficios para un sector de la población de las áreas endémicas para esta enfermedad de bajos recursos económicos, sociales y culturales, mediante la obtención de datos que pudieran explicar algunos mecanismos de síndromes clínicos descriptos en esta patología y que pudieran participar en la transmisión congénita de la enfermedad de Chagas.

Participación de las células supresoras mieloides (CSM) y T regulatorias (Treg) en el control de la infección con Trypanosoma cruzi y el desarrollo de la patología inflamatoria asociada a la infeccion. Role of Myeloid-Derived Suppressor Cells and regulatory T cells in the control of T. cruzi infection and the infection-associated pathology.

La infección de mamíferos con el T. cruzi resulta en diferentes alteraciones inmunológicas que permiten la persistencia crónica del parásito y destrucción inflamatoria progresiva del tejido cardiaco, nervioso y hepático. Los mecanismos responsables de la patología de la enfermedad de Chagas han sido materia de intensa investigación habiéndose propuesto que el daño producido en esta enfermedad puede ser consecuencia de la respuesta inflamatoria del individuo infectado y/o de una acción directa del parásito sobre los tejidos del hospedador. El propósito del presente proyecto es estudiar comparativamente, en dos cepas de ratones con diferente susceptibilidad a la infección y desarrollo de patología, la participación y los mecanismos efectores de las células supresoras mieloides (CSM) y las celulas T regulatorias inducidas por la infección experimental con Trypanosoma cruzi en el control de la infección con este protozoario y en el desarrollo de la patología hepática siendo los objetivos especificos desarrolar: - Investigar la generación y/o reclutamiento de células de CSM en bazo e hígado de ratones infectados con Trypanosoma cruzi y su contribución a la desigual susceptibilidad a la infección y respuesta inmune desarrollada en las cepas de ratones BALB/c y C57BL/6; - Investigar la capacidad de las CSM inducidas por la infección con T. cruzi en bazo e hígado de ratones de ambas cepas para suprimir la respuesta de células T in vitro e indagar sobre los mecanismos de supresión utilizados; - Investigar la generación y/o reclutamiento de células Treg durante la infección experimental con Trypanosoma cruzi, su participación en la desigual susceptibilidad a la infección y respuesta inmune desarrollada en ambas cepas de ratones y los mecanismos de supresión utilizados. - Analizar en tejido hepático o leucocitos infiltrantes la presencia de COX2, PGE2, MMP2 y 9, IL1b, IL6, IDO, IL10 y GM-CSF capaces de inducir la expansión de las CSM; - Dilucidar si la administración del ligando para TLR2 (Pam3CyS) previo a la infección de ratones C57BL/6 (en los cuales se detecta un menor número de CSM) es capaz de modular la respuesta inflamatoria y el daño hepático a través de la inducción de CSM y/o T reg en hígado y bazo. La comprension de los eventos celulares y moleculares que regulan la producción de citoquinas pro- y anti-inflamatorias y otros mediadores, así como el papel de los receptores de la inmunidad innata durante la infección con T. cruzi contribuirá a responder interrogantes que son claves para el diseño de nuevas estrategias de intervención inmune tendientes a preservar los mecanismos de defensa del huésped. Two nonexclusive mechanisms have been proposed to explain the Chagas’s disease pathology: 1) The pathology of the disease seems to be consequence of the inflammatory response triggered for the parasite; or 2) The damage is produced by the parasite direct effect. Recently, we reported that TLR2, TLR4 and TLR9 (innate immune response receptors) are differentially modulated in injured livers from BALB/c (lesser liver pathology) and C57BL/6 (elevated liver pathology) mice during Trypanosoma cruzi infection. The aim of our proposal is the study of role of Myeloid-Derived Suppressor Cells (MDSC) and regulatory T cells in the control of T. cruzi infection and the infection-associated pathology. Our specific aims are: -To study the induction or recruitment of MDSC in splenn and liver of BALB/c and C57BL/6 mice and their relationship with the differential susceptibility and immune response observed in these both mice strains; - To determine the ability and the mechanisms used by the T. cruzi-induced MDSC to suppress the T cell proliferative response; -To study the induction or recruitment of Treg in liver of BALB/c and C57BL/6 mice and their relationship with the differential susceptibility and immune response observed in these both mice strains; -To analize in liver tissue or tissue infiltrating lymphocytes the activation of COX2, PGE2, MMP2 y 9, IL1b, IL6, IDO, IL10 y GM-CSF known to promote the development of MDSC; -To determine whether the treatment with Pam3CyS (TLR2 ligand) is able to modulate the liver inflammatory respose and damage througth the induction of MDSC or Treg.

Estudio de los mecanismos moleculares involucrados en la inmunosupresión observada durante la infección con Trypanosoma cruzi: Rol de la vía PD-1/PD1-L y E3 ubiquitina ligasas. Molecular mechanismns involved in the immunosupression during Tryapanosoma cruzi infection. Role of PD1-PD1-L pathway and E3 ubiquitin ligases.

Trypanosoma cruzi es el agente causal de la enfermedad de Chagas, un problema de salud importante en América Latina, así como también en América Central, ya que causa infección crónica afectando a millones de personas [1]. Durante esta enfermedad se han descripto varias alteraciones de la respuesta inmune, entre ellas una severa inmunosupresión durante la etapa aguda de la infección, tanto en humanos como en ratones. Células T provenientes de ratones infectados activadas in vitro, muestran reducción en la respuesta proliferativa a mitógenos, característica de un estado de inmunosupresión [2-4]. La falla del sistema inmune durante estadios tempranos de la infección probablemente colabore con la diseminación y el establecimiento del parásito. Un gran número de estudios se han focalizado en la identificación de mecanismos moleculares responsables del fenómeno de inmunosupresión, entre los mecanismos citados se ha demostrado presencia de células supresoras [5-9], factores inmunosupresores presentes en el parásito [2, 3, 10-13], producción excesiva de óxido nítrico [14], disminuida producción de IL-2 y reducida expresión del receptor de IL2 en células de bazo de animales infectados [9, 15-17]. Muchos de estos mecanismos han sido exhaustivamente investigados, sin embargo no está del todo claro si existen mecanismos adicionales involucrados en la inmunosupresión de la célula T. Adicionalmente, en los últimos años nuevas moléculas que median la regulación negativa de la célula T, entre las cuales están PD-1/PD1-L [18], arginasa [19] y E3 ubiquitina ligasas [20-22], han sido reportadas durante inmunosupresión en diversas infecciones. Trypanosoma cruzi, the etiological agent of Chagas’ disease, is parasite causing chronic infections in human and other mammalian species. There is an important immunosupresion during the acute phase of the infection that contribute to the dissemination and installation of the parasite. Several studies have been focused on identifying the mechanisms involved in the immunosupresion; however it is not clear if there are additional mechanisms implicated. In addition, during the last years new molecules involved in the negative T cell regulation such as PD-1/PD1-L pathway and E3 ubiquitin ligases (E3-Ub-Lig) have been reported. It has been demonstrated, that E3-Ub-Lig control the amount and localization of intracellular signal mediators, limiting T cell activation. Moreover, these mechanisms mediate the immunosupresion observed during several infections leading to the persistence of the pathogen in the host. In this project the role of E3-Ub-Lig on the T cell immunosupresion and hipo-response mechanisms observed during T. cruzi infection will be studied. On the other hand, it has been reported that some pathogens release proteins with E3-Ub-Lig activity modifying the ubiquitination process to promote their survival and replication in the host. Recently, a protein with E3-Ub-Lig activity was identified in T. cruzi, however its target molecule has not been discovered yet. Therefore, one of the aims of this project consists on studying different potential target molecules for this novel E3-Ub-Lig. In addition, during the last years, important progress has been done about the biological rol of PD-1/PD1-L pathway on the regulation of the immune response in several infections. However, it is not well known how PD-1/PD1-L pathway transduces signals at intracelular level to block T cell response. Because of this, it is interesting to study if there is any relation between the PD-1/PD1-L pathway and E3-Ub-Lig on the mechanism of T cell immunosupression during T. cruzi infection.