Quantitative PCR for the diagnosis of cutaneous leishmaniasis from formalin-fixed and paraffin-embedded skin sections.

The present report describes a real-time PCR-based procedure to reliably determine the quantity of Leishmania amastigotes in relation to the amount of host tissue in histological skin sections from canine and equine cases of cutaneous leishmaniasis. The novel diagnostic Leishmania-PCR has a detection limit of <0.02 amastigotes per μg tissue, which corresponds well to the detection limit of immunohistochemistry and is far beyond that of conventional histology. Our results emphasise the importance of PCR to complement routine histology of cutaneous leishmaniasis cases, particularly in laboratories in which no immunohistochemical assay is available.

Inhibition of apoptosis by intracellular protozoan parasites

Protozoan parasites which reside inside a host cell avoid direct destruction by the immune system of the host. The infected cell, however, still has the capacity to counteract the invasive pathogen by initiating its own death, a process which is called programmed cell death or apoptosis. Apoptotic cells are recognised and phagocytosed by macrophages and the parasite is potentially eliminated together with the infected cell. This potent defence mechanism of the host cell puts strong selective pressure on the parasites which have, in turn, evolved strategies to modulate the apoptotic program of the host cell to their favour. Within the last decade, the existence of cellular signalling pathways which inhibit the apoptotic machinery has been demonstrated. It is not surprising that intracellular pathogens subvert these pathways to ensure their own survival in the infected cell. Molecular mechanisms which interfere with apoptotic pathways have been studied extensively for viruses and parasitic bacteria, but protozoan parasites have come into focus only recently. Intracellular protozoan parasites which have been reported to inhibit the apoptotic program of the host cell, are Toxoplasma gondii, Trypanosoma cruzi, Leishmania sp., Theileria sp., Cryptosporidium parvum, and the microsporidian Nosema algerae. Although these parasites differ in their mechanism of host cell entry and in their final intracellular localisation, they might activate similar pathways in their host cells to inhibit apoptosis. In this respect, two families of molecules, which are known for their capacity to interrupt the apoptotic program, are currently discussed in the literature. First, the expression of heat shock proteins is often induced upon parasite infection and can directly interfere with molecules of the cellular death machinery. Secondly, a more indirect effect is attributed to the parasite-dependent activation of NF-kappaB, a transcription factor that regulates the transcription of anti-apoptotic molecules.

Telomerase in kinetoplastid parasitic protozoa

We have identified telomerase activity in extracts of three evolutionarily diverse kinetoplastid species: Trypanosoma brucei, Leishmania major, and Leishmania tarentolae. Telomerase activity was initially detected in extracts from insect form cells of all three kinetoplastid species by using a modification of the one-tube telomere repeat amplification protocol [Kim, N., et al. (1994) Science 266, 2011–2015], although better results were subsequently achieved with the two-tube telomere repeat amplification protocol [Autexier, C., Pruzan, R., Funk, W. & Greider, C. (1996) EMBO J. 15, 5928–5935]. The activity in T. brucei extracts was sufficiently robust to enable its detection in a direct assay of telomerase; enzyme processivity was found to be relatively low. The in vitro properties of telomerase suggest a possible templating domain sequence for the telomerase RNA of T. brucei. Telomerase activity is likely to contribute to telomere maintenance in these parasitic organisms and provides a new target for chemotherapeutic intervention.

Leptin can induce proliferation, differentiation, and functional activation of hemopoietic cells

Many cytokines exert their biological effect through members of the hemopoietin receptor family. Using degenerate oligonucleotides to the common WSXWS motif, we have cloned from human hemopoietic cell cDNA libraries various forms of the receptor that was recently shown to bind the obesity hormone, leptin. mRNAs encoding long and short forms of the human leptin receptor were found to be coexpressed in a range of human and murine hemopoietic organs, and a subset of cells from these tissues bound leptin at the cell surface. Ectopic expression in murine Ba/F3 and M1 cell lines revealed that the long, but not the short, form of the leptin receptor can signal proliferation and differentiation, respectively. In cultures of murine or human marrow cells, human leptin exhibited no capacity to stimulate cell survival or proliferation, but it enhanced cytokine production and phagocytosis of Leishmania parasites by murine peritoneal macrophages. Our data provide evidence that, in addition to its role in fat regulation, leptin may also be able to regulate aspects of hemopoiesis and macrophage function.

The role of phosphoglycans in Leishmania–sand fly interactions

Leishmania promastigotes synthesize an abundance of phosphoglycans, either attached to the cell surface through phosphatidylinositol anchors (lipophosphoglycan, LPG) or secreted as protein-containing glycoconjugates. These phosphoglycans are thought to promote the survival of the parasite within both its vertebrate and invertebrate hosts. The relative contributions of different phosphoglycan-containing molecules in Leishmania–sand fly interactions were tested by using mutants specifically deficient in either total phosphoglycans or LPG alone. Leishmania donovani promastigotes deficient in both LPG and protein-linked phosphoglycans because of loss of LPG2 (encoding the Golgi GDP-Man transporter) failed to survive the hydrolytic environment within the early blood-fed midgut. In contrast, L. donovani and Leishmania major mutants deficient solely in LPG expression because of loss of LPG1 (involved in biosynthesis of the core oligosaccharide LPG domain) had only a slight reduction in the survival and growth of promastigotes within the early blood-fed midgut. The ability of the LPG1-deficient promastigotes to persist in the midgut after blood meal excretion was completely lost, and this defect was correlated with their inability to bind to midgut epithelial cells in vitro. For both mutants, when phosphoglycan expression was restored to wild-type levels by reintroduction of LPG1 or LPG2 (as appropriate), then the wild-type phenotype was also restored. We conclude, first, that LPG is not essential for survival in the early blood-fed midgut but, along with other secreted phosphoglycan-containing glycoconjugates, can protect promastigotes from the digestive enzymes in the gut and, second, that LPG is required to mediate midgut attachment and to maintain infection in the fly during excretion of the digested blood meal.

The role of antigen and IL-12 in sustaining Th1 memory cells in vivo: IL-12 is required to maintain memory/effector Th1 cells sufficient to mediate protection to an infectious parasite challenge

IL-12 plays a central role in both the induction and magnitude of a primary Th1 response. A critical question in designing vaccines for diseases requiring Th1 immunity such as Mycobacterium tuberculosis and Leishmania major is the requirements to sustain memory/effector Th1 cells in vivo. This report examines the role of IL-12 and antigen in sustaining Th1 responses sufficient for protective immunity to L. major after vaccination with LACK protein (LP) plus rIL-12 and LACK DNA. It shows that, after initial vaccination with LP plus rIL-12, supplemental boosting with either LP or rIL-12 is necessary but not sufficient to fully sustain long-term Th1 immunity. Moreover, endogenous IL-12 is also shown to be required for the induction, maintenance, and effector phase of the Th1 response after LACK DNA vaccination. Finally, IL-12 is required to sustain Th1 cells and control parasite growth in susceptible and resistant strains of mice during primary and secondary infection. Taken together, these data show that IL-12 is essential to sustain a sufficient number of memory/effector Th1 cells generated in vivo to mediate long-term protection to an intracellular pathogen.

Characterization of uracil-DNA glycosylase activity from Trypanosoma cruzi and its stimulation by AP endonuclease

The intracellular pathogen Trypanosoma cruzi is the etiological agent of Chagas’ disease. We have isolated a full-length cDNA encoding uracil-DNA glycosylase (UDGase), a key enzyme involved in DNA repair, from this organism. The deduced protein sequence is highly conserved at the C-terminus of the molecule and shares key residues involved in binding or catalysis with most of the UDGases described so far, while the N-terminal part is highly variable. The gene is single copy and is located on a chromosome of ∼1.9 Mb. A His-tagged recombinant protein was overexpressed, purified and used to raise polyclonal antibodies. Western blot analysis revealed the existence of a single UDGase species in parasite extracts. Using a specific ethidium bromide fluorescence assay, recombinant T.cruzi UDGase was shown to specifically excise uracil from DNA. The addition of both Leishmania major AP endonuclease and exonuclease III, the major AP endonuclease from Escherichia coli, produces stimulation of UDGase activity. This activation is specific for AP endonuclease and suggests functional communication between the two enzymes.

Cysteine protease inhibitors as chemotherapy: Lessons from a parasite target

Papain family cysteine proteases are key factors in the pathogenesis of cancer invasion, arthritis, osteoporosis, and microbial infections. Targeting this enzyme family is therefore one strategy in the development of new chemotherapy for a number of diseases. Little is known, however, about the efficacy, selectivity, and safety of cysteine protease inhibitors in cell culture or in vivo. We now report that specific cysteine protease inhibitors kill Leishmania parasites in vitro, at concentrations that do not overtly affect mammalian host cells. Inhibition of Leishmania cysteine protease activity was accompanied by defects in the parasite’s lysosome/endosome compartment resembling those seen in lysosomal storage diseases. Colocalization of anti-protease antibodies with biotinylated surface proteins and accumulation of undigested debris and protease in the flagellar pocket of treated parasites were consistent with a pathway of protease trafficking from flagellar pocket to the lysosome/endosome compartment. The inhibitors were sufficiently absorbed and stable in vivo to ameliorate the pathology associated with a mouse model of Leishmania infection.

Single-site cleavage in the 5'-untranslated region of Leishmaniavirus RNA is mediated by the viral capsid protein.

Leishmaniavirus (LRV) is a double-stranded RNA virus that persistently infects the protozoan parasite Leishmania. LRV produces a short RNA transcript, corresponding to the 5' end of positive-sense viral RNA, both in vivo and in in vitro polymerase assays. The short transcript is generated by a single site-specific cleavage event in the 5' untranslated region of the 5.3-kb genome. This cleavage event can be reproduced in vitro with purified viral particles and a substrate RNA transcript possessing the viral cleavage site. A region of nucleotides required for cleavage was identified by analyzing the cleavage sites yielding the short transcripts of various LRV isolates. A 6-nt deletion at this cleavage site completely abolished RNA processing. In an in vitro cleavage assay, baculovirus-expressed capsid protein possessed an endonuclease activity identical to that of native virions, showing that the viral capsid protein is the RNA endonuclease. Identification of the LRV capsid protein as an RNA endonuclease is unprecedented among known viral capsid proteins.

Análise espacial da leishmaniose visceral canina no município de Panorama, São Paulo, Brasil

A leishmaniose visceral é uma zoonose de grande importância para a saúde pública, com ampla distribuição geográfica e epidemiologia complexa. Apesar de diversas estratégias de controle, a doença continua se expandindo, tendo o cão como principal reservatório. Levando em consideração que análises espaciais são úteis para compreender melhor a dinâmica da doença, avaliar fatores de risco e complementar os programas de prevenção e controle, o presente estudo teve como objetivo caracterizar a distribuição da leishmaniose visceral canina e relacionar sua dinâmica com características ou feições espaciais no município de Panorama (SP). A partir de dados secundários coletados em um inquérito sorológico entre agosto de 2012 e janeiro de 2013, 986 cães foram classificados como positivos e negativos de acordo com o protocolo oficial do Ministério da Saúde. Posteriormente uma análise espacial foi conduzida, compreendendo desde a visualização dos dados até a elaboração de um mapa de risco relativo, passando por análises de cluster global (função K) e local (varredura espacial). Para avaliar uma possível relação entre o cluster detectado com a vegetação na área de estudo, calculou-se o Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI). A prevalência da doença encontrada na população de cães estudada foi de 20,3% (200/986). A visualização espacial demonstrou que tanto animais positivos quanto negativos estavam distribuídos por toda a área de estudo. O mapa de intensidade dos animais positivos apontou duas localidades de possíveis clusters, quando comparado ao mapa de intensidade dos animais negativos. As análises de cluster confirmaram a presença de um aglomerado e um cluster foi detectado na região central do município, com um risco relativo de 2,63 (p=0,01). A variação espacial do risco relativo na área de estudo foi mapeada e também identificou a mesma região como área significativa de alto risco (p<0,05). Não foram observadas diferenças no padrão de vegetação comparando as áreas interna e externa ao cluster. Sendo assim, novos estudos devem ser realizados com o intuito de compreender outros fatores de risco que possam ter levado à ocorrência do cluster descrito. A prevalência, a localização do cluster espacial e o mapa de risco relativo fornecem subsídios para direcionamento de esforços do Setor de Vigilância Epidemiológica de Panorama para áreas de alto risco, o que pode poupar recursos e aperfeiçoar o controle da leishmaniose visceral no município.

Desenvolvimento de uma plataforma modelo para a busca de ligantes com potencial leishmanicida baseado na inibição seletiva da enzima diidroorotato desidrogenase

As doenças tropicais negligenciadas (DTNs) causam um imenso sofrimento para a pessoa acometida e em muitos casos podem levar o indivíduo a morte. Elas representam um obstáculo devastador para a saúde e continuam a ser um sério impedimento para a redução da pobreza e desenvolvimento socioeconômico. Das 17 doenças desse grupo, a leishmaniose, incluindo a leishmaniose cutânea, tem grande destaque devido sua alta incidência, os gastos para o tratamento e as complicações geradas em processos de coinfecção. Ainda mais agravante, os investimentos direcionados ao controle, combate e principalmente a inovação em novos produtos é ainda muito limitado. Atualmente, a academia tem um importante papel na luta contra essas doenças através da busca de novos alvos terapêuticos e também de novas moléculas com potencial terapêutico. É nesse contexto que esse projeto teve como meta a implantação de uma plataforma para a identificação de moléculas com atividade leishmanicida. Como alvo terapêutico, optamos pela utilização da enzima diidroorotato desidrogenase de Leishmania Viannia braziliensis (LbDHODH), enzima de extrema importância na síntese de novo de nucleotídeos de pirimidina, cuja principal função é converter o diidroorotato em orotato. Esta enzima foi clonada, expressa e purificada com sucesso em nosso laboratório. Os estudos permitiram que a enzima fosse caracterizada cineticamente e estruturalmente via cristalografia de raios- X. Os primeiros ensaios inibitórios foram realizados com o orotato, produto da catálise e inibidor natural da enzima. O potencial inibitório do orotato foi mensurado através da estimativa do IC50 e a interação proteína-ligante foi caracterizada através de estudos cristalográficos. Estratégias in silico e in vitro foram utilizadas na busca de ligantes, através das quais foram identificados inibidores para a enzima LbDHODH. Ensaios de validação cruzada, utilizando a enzima homóloga humana, permitiram identificar os ligantes com maior índice de seletividade que tiveram seu potencial leishmanicida avaliado in vitro contra as formas promastigota e amastigota de Leishmania braziliensis. A realização do presente projeto permitiu a identificação de uma classe de ligantes que apresentam atividade seletiva contra LbDHODH e que será utilizada no planejamento de futuras gerações de moléculas com atividade terapêutica para o tratamento da leishmaniose. Além disso, a plataforma de ensaios otimizada permitirá a avaliação de novos grupos de moléculas como uma importante estratégia na busca por novos tratamentos contra a leishmaniose

Padronização e validação de marcadores moleculares para o diagnóstico da Leishmaniose Tegumentar

O diagnóstico da leishmaniose tegumentar (LT) baseia-se em critérios clínicos e epidemiológicos podendo ser confirmado por exames laboratoriais de rotina como a pesquisa direta do parasito por microscopia e a intradermorreação de Montenegro. Atualmente, os métodos moleculares, principalmente a reação da cadeia da polimerase (PCR), têm sido considerados para aplicação em amostras clínicas, devido a sua alta sensibilidade e especificidade. Este trabalho teve como objetivo a padronização e validação das técnicas de PCR-RFLP com diferentes iniciadores (kDNA, its1, hsp70 e prp1), visando o diagnóstico e a identificação das espécies de Leishmania presentes em amostras de DNA provenientes de lesões de pele ou mucosa de 140 pacientes com suspeita de leishmaniose tegumentar. Para tal, realizamos ensaios de: 1) sensibilidade das PCRs com os diferentes iniciadores, 2) especificidade dos ensaios utilizando DNAs de diferentes espécies de referência de Leishmania, de tripanossomatídeos inferiores e de fungos, 3) validação das técnicas de PCR-RFLP com os iniciadores estudados em amostras de DNA de lesões de pele ou mucosas de pacientes com LT. Os resultados dos ensaios de limiar de detecção das PCR (sensibilidade) mostraram que os quatro iniciadores do estudo foram capazes de detectar o DNA do parasito, porém em quantidades distintas: até 500 fg com os iniciadores para kDNA e its1, até 400 fg com hsp70 e até 5 ng com prp1. Quanto à especificidade dos iniciadores, não houve amplificação dos DNAs fúngicos. Por outro lado, nos ensaios com os iniciadores para kDNA e hsp70, verificamos amplificação do fragmento esperado em amostras de DNA de tripanossomatídeos. Nos ensaios com its1 e prp1, o padrão de amplificação com os DNAs de tripanossomatídeos foi diferente do apresentado pelas espécies de Leishmania. Verificou-se nos ensaios de validação que o PCR-kDNA detectou o parasito em todas as 140 amostras de DNA de pacientes e, assim, foi utilizado como critério de inclusão das amostras. A PCR-its1 apresentou menor sensibilidade, mesmo após a reamplificação com o mesmo iniciador (85,7% ou 120/140 amostras). Para os ensaios da PCR-hsp70, as amostras de DNA foram amplificadas com Repli G, para obter uma sensibilidade de 68,4% (89/140 amostras). A PCR-prp1 não detectou o parasito em amostras de DNA dos pacientes. Quanto aos ensaios para a identificação da espécie presente na lesão, a PCR-kDNA-RFLP-HaeIII e a PCR-its1- RFLP-HaeIII permitem a distinção de L. (L.) amazonensis das outras espécies pertencentes ao subgênero Viannia. A PCR-hsp70-RFLP-HaeIII-BstUI, apesar de potencialmente ser capaz de identificar as seis espécies de Leishmania analisadas, quando utilizada na avaliação das amostras humanas permitiu apenas a identificação de L. (V.) braziliensis. No entanto, é uma técnica com várias etapas e de difícil execução, o que pode inviabilizar o seu uso rotineiro em centros de referência em diagnósticos. Assim, recomendamos o uso dessa metodologia apenas em locais onde várias espécies de Leishmania sejam endêmicas. Finalmente, os resultados indicam que o kDNA-PCR devido à alta sensibilidade apresentada e facilidade de execução pode ser empregada como exame de rotina nos centros de referência, permitindo a confirmação ou exclusão da LT.

Leishmaniose em Lobo Ibérico

Quando falamos de vida selvagem em Portugal, pensamos logo no Lobo Ibérico (Canis lupus signatus), que ao longo das últimas décadas tem vindo a sofrer um notório declínio populacional, apenas contrariado pelas medidas protecionistas entretanto implementadas. A diminuição do número de lobos em Portugal resulta principalmente da perseguição direta a que foram sujeitos e da destruição do seu habitat natural. Outra causa de redução/extinção de pequenas populações locais e fragmentadas de grandes carnívoros em outras partes no mundo tem sido as doenças infeciosas. Sendo monitorização da presença de patologias em animais silvestres fundamental no controle das zoonoses emergentes e na conservação das espécies. Neste contexto pretendeu-se elaborar um estudo de determinação da ocorrência de Leishmaniose, no Lobo Ibérico. Assim, recolheram-se aleatoriamente 42 amostras de sangue a lobos residentes no Parque Nacional Peneda-Gerês que, posteriormente foram testadas recorrendo-se ao método de ELISA. Através desta técnica, detetou-se que das 42 amostras testadas apenas uma amostra (2,4%) possuía anticorpos anti-leishmania. Um dos motivos para a obtenção de resultados pouco significativos poderá dever-se ao reduzido leque amostral. Concluímos, então, que são necessários estudos adicionais para avaliar a importância do Lobo Ibérico na transmissão e propagação da Leishmaniose.

Repurposing of antiparasitic drugs: the hydroxy-naphthoquinone buparvaquone inhibits vertical transmission in the pregnant neosporosis mouse model.

The three anti-malarial drugs artemiside, artemisone, and mefloquine, and the naphthoquinone buparvaquone known to be active against theileriosis in cattle and Leishmania infections in rodents, were assessed for activity against Neospora caninum infection. All four compounds inhibited the proliferation of N. caninum tachyzoites in vitro with IC50 in the sub-micromolar range, but artemisone and buparvaquone were most effective (IC50 = 3 and 4.9 nM, respectively). However, in a neosporosis mouse model for cerebral infection comprising Balb/c mice experimentally infected with the virulent isolate Nc-Spain7, the three anti-malarial compounds failed to exhibit any activity, since treatment did not reduce the parasite burden in brains and lungs compared to untreated controls. Thus, these compounds were not further evaluated in pregnant mice. On the other hand, buparvaquone, shown earlier to be effective in reducing the parasite load in the lungs in an acute neosporosis disease model, was further assessed in the pregnant mouse model. Buparvaquone efficiently inhibited vertical transmission in Balb/c mice experimentally infected at day 7 of pregnancy, reduced clinical signs in the pups, but had no effect on cerebral infection in the dams. This demonstrates proof-of-concept that drug repurposing may lead to the discovery of an effective compound against neosporosis that can protect offspring from vertical transmission and disease.

Gualteri Harris Tractatus de morbis acutis infantum variis observationibus illustratus

Mode of access: Internet.