Análise das regiões polimórficas do gene HASPB (K26) de Leishmania infantum em amostras clínicas positivas para leishmaniose visceral e coinfecção LV/HIV

A leishmaniose visceral (LV) é uma doença grave que afeta a população de vários países, onde o Brasil apresenta a maior prevalência da infecção nas Américas. Com o estudo do gene codificante da proteína B de superfície (HASPB ou K26) de Leishmania infantum é possível identificar as variações polimórficas intraespecíficas e, assim, será possível consolidar a descrição de um perfil polimórfico presente no Estado de Pernambuco. O objetivo do trabalho foi analisar as regiões polimórficas do gene HASPB (K26) de Leishmania infantum em amostras clínicas positivas para leishmaniose visceral e coinfecção LV/HIV. O sistema K26 PCR foi otimizado utilizando concentrações variadas de DNA genômico de L. infantum. Foi realizado o screening de amostras clínicas de DNA através de dois sistemas de PCR simples, kDNA e ITS1/RFLP, para ensaios posteriores com a K26 PCR nas amostras positivas. A curva de dissociação de alta definição (qPCR-HRM) foi empregada na localização de temperaturas de melting específicas para L. infantum. Os amplicons do gene K26 foram sequenciados e alinhados as sequencias selecionadas em base de dados. A K26 PCR apresentou limiar de detecção de 1 pg para amplicon de 700 pb. A especificidade dos primers foi avaliada experimentalmente e in silico, apresentando anelamento inespecífico com DNA humano. Em paralelo, foram selecionadas 78 amostras de DNA através dos dois sistemas screening, sendo 17 caracterizadas como L. infantum. Os ensaios com DNA das amostras clínicas para o sistema K26 PCR revelaram bandas espúrias. A análise através qPCR-HRM em DNA genômico do parasita resultou em amplificação com Tm de 88,2 °C, já o ensaio com amostra clínica revelou duas amplificações com distintas temperaturas de melting, 84,6 e 88,2 °C. Três amplicons do gene K26 foram sequenciados e alinhados a cinco sequencias da base de dados, indicando 38,2 % de similaridade. Pode-se concluir que o sistema K26 PCR é recomendável para análise dos polimorfismos genéticos, contanto que o DNA seja extraído diretamente de espécies isoladas em meio de cultura.

Caracterização de interações entre subunidades do complexo de iniciação da tradução EIF4F e homólogos da proteína de ligação ao poli-A (PABP) de Leishmania sp

Os tripanossomatídeos são caracterizados por processos moleculares diferenciados como a transcrição policistrônica e regulação pós-transcricional da expressão gênica. Em mamíferos, a tradução se inicia com a ligação do complexo eIF4F (formado pelos eIF4A, eIF4E e eIF4G) a extremidade 5' dos mRNAs, o que facilita seu reconhecimento pelo ribossomo. A atividade do eIF4F é reforçada pela proteína de ligação a cauda poli-A (PABP), na extremidade 3' dos mRNAs, que interage com o eIF4G. Dois complexos do tipo eIF4F foram identificados em tripanossomatídeos: o primeiro formado pelos EIF4G3, EIF4E4 e EIF4AI com a PABP1; e um outro baseado na interação do EIF4G4 com o EIF4E3 e o EIF4A1. Este trabalho buscou caracterizar as interações entre as subunidades destes complexos e sua associação com PABPs de Leishmania, avaliando o efeito de mutações em motivos específicos. Proteínas recombinantes foram geradas fusionadas a GST e avaliadas quanto a sua habilidade de interagir com parceiros marcados radioativamente em ensaios do tipo pull-down. Para o EIF4G3, mutações individuais em dois resíduos vizinhos (I8A e R9A), afetaram a interação com o EIF4E4 e a mutação de ambos os resíduos equivalentes do EIF4G4 (IL25-26AA) também impediu sua ligação ao EIF4E3, sugerindo um motivo comum para a ligação aos seus parceiros. As proteínas EIF4E3 e EIF4E4 foram avaliadas quanto à capacidade de interagir com a PABP2 e PABP1 respectivamente, e mutações em motivos conservados nas regiões N-terminais dos EIF4E (Boxes A, B e C) aboliram sua interação com os homólogos da PABP. Para identificar que regiões da PABP1 estão relacionadas às interações com o parceiro EIF4E4, foram obtidas proteínas PABP1 mutantes em motivos conservados e observou-se que a mutação no motivo TGM, C-terminal, aboliu sua interação com o EIF4E4. Com estas abordagens conseguiu-se avançar na definição das interações entre as referidas subunidades do eIF4F e PABP, identificando-se diferenças relevantes em relação a outros eucariotos

Identificação de motivos relevantes para a função do fator de iniciação da tradução EIF4E3 de Leishmania sp

Os tripanossomatídeos são organismos caracterizados pelo controle póstranscricional da expressão gênica, principalmente em nível de tradução. Na tradução em eucariotos, tem grande destaque o complexo eIF4F, sendo um de seus principais componentes o fator de iniciação da tradução eIF4E. Já foram descritos em tripanossomatídeos seis homólogos para o eIF4E, nomeados EIF4E1 a 6. Em um estudo com Leishmania amazonensis, focado no EIF4E3, percebeu-se que seu perfil de expressão se alterava rapidamente numa curva de crescimento, com este apresentando ao menos duas bandas. As mudanças observadas sugeriam modificações pós-traducionais do tipo fosforilação, algo posteriormente confirmado. Analisando-se a sequência do EIF4E3 de Leishmania, foi possível identificar a presença de possíveis sítios de fosforilação e de ligação a parceiros funcionais como homólogos do eIF4G, outro componente do complexo eIF4F, e da proteína de ligação á cauda poli-A (PABP). No presente estudo foi analisado o perfil de expressão e a capacidade de ligação a parceiros funcionais do EIF4E3 de Leishmania superexpresso em células transfectadas e no qual foram introduzidas mutações em motivos específicos. Os resultados mostraram um perfil de expressão de ao menos três bandas para o EIF4E3 de L. amazonensis e duas para L. infantum, com o sítio S75, presente apenas na primeira, sendo o responsável por esta diferença. Em ensaios de imunoprecipitação, foi identificado um motivo que, quando mutado, aboliu a ligação do EIF4E3 com a PABP3, sugerindo este como o sítio de interação entre os fatores. Com a análise do efeito de mutações no EIF4E3 de L. amazonensis, foi percebido que ao se mutar três motivos implicados na à PABP e o possível sítio de ligação ao EIF4G, sua fosforilação diminuiu drasticamente, sugerindo a necessidade destas interações para que a fosforilação ocorra. Estes resultados indicam um complexo mecanismo de modificações pós-traducionais responsáveis pela regulação do EIF4E3 e contribuem a para a caracterização da sua função em Leishmania

Análise da expressão heteróloga de protéinas com domínios de ligação a RNA em Leishmania infantum

Os tripanossomatídeos possuem uma combinação não usual de mecanismos moleculares, e seus processos de regulação de expressão gênica ocorreram a nível pós-transcricional. Acredita-se que essa regulação envolva tanto o controle da estabilidade dos mRNAs, como sua tradução em proteínas, eventos em que atua a proteína de ligação à cauda poli-A (PABP - Poly-A Binding Protein), uma das principais proteínas de ligação a RNAs em eucariotos. Um grande número destas proteínas está presente nos tripanosomatídeos, se caracterizando por possuírem domínios típicos de ligação a RNA, como o domínio RRM (RNA Recognition Motif). Dentre estas se destacam as proteínas de ligação a sequências ricas em uridina (UBPs), que se mostraram capazes de interagir com homólogos de PABP. Outras proteínas hipotéticas contendo domínios de ligação a RNA foram identificadas em ensaios que buscavam parceiros diferenciais para os três homólogos de PABP de Leishmania. Este trabalho se propôs a contribuir na caracterização funcional das proteínas UBPs e das proteínas hipotéticas, através da otimização de sua expressão de forma heteróloga em L. infantum, fusionadas ao epítopo HA. Para isto, os genes codificantes dos três homólogos de UBPs, e de cinco outras proteínas de ligação a RNA que parecem interagir com PABPs, foram amplificados e clonados em vetor de expressão de Leishmania. As construções geradas foram transfectadas em L. infantum e a expressão de seis destas proteínas avaliada. Os resultados obtidos mostram uma variação no reconhecimento das proteínas geradas com anticorpos comerciais anti-HA, que parecem depender da sequência de aminoácidos da sua extremidade C-terminal. Diferenças significativas nos seus níveis de expressão também foram observadas. Entre os três homólogos de UBP, dois destes se mostraram mais abundantes enquanto que os três são representados por mais de uma banda, indicando possíveis modificações pós-traducionais

Avaliação citopatológica da medula óssea e perfil hematológico de cães naturalmente infectados por Leishmania (Leishmania) chagasiCarla de Oliveira Honse

Foram avaliados quarenta e um cães adultos, machos e fêmeas, sem raça definida, provenientes de inquéritos sorológicos para leishmaniose visceral canina realizados pela Secretaria Municipal de Saúde do Rio de Janeiro. O objetivo deste estudo foi descrever as alterações citopatológicas da medula óssea e o perfil hematológico de cães naturalmente infectados por Leishmania (Leishmania) chagasi. A avaliação citológica da medula óssea incluiu a análise qualitativa e quantitativa. O perfil hematológico foi avaliado através de contador automático de células e esfregaços sanguíneos. Adicionalmente, foram realizadas a imunofenotipagem de linfócitos medulares, pesquisa de formas amastigotas na medula óssea e avaliação dos estoques de ferro medular. De acordo com os resultados obtidos, cães naturalmente infectados por L. (L.) chagasi apresentaram hiperplasia das séries mieloide, linfoide e monocítica, onde frequentemente foram observadas formas amastigotas, anemia normocítica normocrômica e aumento dos estoques de ferro medular Não foram observadas diferenças estatisticamente significativas entre as populações de linfócitos T e linfócitos B medulares. Em conclusão, os cães naturalmente infectados por L. (L.) chagasi apresentaram alterações na medula óssea e no perfil hematológico independentemente da manifestação clínica apresentada pelo animal. Hiperplasia das linhagens hematopoiéticas, anemia, eritrofagocitose e aumento dos estoques de ferro medular possibilitaram uma melhor compreensão dos mecanismos fisiopatológicos envolvidos na doença e a pesquisa de formas amastigotas na medula óssea contribuiu como uma importante ferramenta diagnóstica da leishmaniose visceral canina

Detection of Leishmania (Leishmania) infantum RNA in fleas and ticks collected from naturally infected dogs

The occurrence of the insect vector (sand flies) with low rates of Leishmania infection, as well as autochthonous transmission in the absence of the natural vector in dogs, have been reported. These unexpected data suggest a hypothesis of other arthropods as a possible way of Leishmania transmission. The prevalence of Leishmania (Leishmania) infantum in fleas and ticks collected from dogs with canine visceral leishmaniasis (CVL), as well as parasite viability, were evaluated herein. The presence of L. (L.) infantum was assayed by PCR and ELISA in ectoparasites and biological samples from 73 dogs living in a Brazilian endemic area. As the occurrence of Leishmania DNA in ticks and fleas is expected given their blood-feeding habits, we next investigated whether parasites can remain viable inside ticks. PCR and ELISA confirmed that 83% of the dogs had CVL. Fleas and ticks (nymphs, male and female adults) were collected in 55% and 63% of the 73 dogs, respectively. Out of the 60 dogs with CVL, 80% harbored ectoparasites infected with L. (L.) infantum. The infection rates of the ectoparasites were 23% and 50% for fleas and ticks, respectively. The RNA analysis of the extract from ticks left in laboratory conditions during 7 to 10 days after removal from CVL dogs showed that parasites were alive. In addition, live parasites were also detected inside adult ticks recently molted in laboratory conditions. These findings indicate a higher infection rate of L. (L.) infantum in ticks and fleas, but they do not conclusively demonstrate whether these ticks can act as vectors of CVL, despite the fact that their rates were higher than those previously described in Lutzomyia longipalpis. The presence of viable L. (L.) infantum in ticks suggests the possible importance of dog ectoparasites in CVL dissemination.

Survival, Population Size, and Gonotrophic Cycle Duration of Nyssomyia neivai (Diptera: Psychodidae) at an Endemic Area of American Cutaneous Leishmaniasis in Southeastern Brazil

The survival, absolute population size, gonotrophic cycle duration, and temporal and spatial abundance of Nyssomyia neivai (Pinto) were studied in a rural area endemic for American cutaneous leishmaniasis (ACL) in Conchal, Sao Paulo State, southeastern Brazil, using mark-release-recapture techniques and by monitoring population fluctuation. The monthly abundance exhibited a unimodal pattern, with forest and domicile habitats having the highest relative abundances. A total of 1,873 males and 3,557 females were marked and released during the six experiments, of which 4.1-13.0% of males and 4.1-11.8% of females were recaptured. Daily survivorship estimated from the decline in recaptures per day was 0.681 for males and 0.667 for females. Gonotrophic cycle duration was estimated to be 4.0 d. Absolute population size was calculated using the Lincoln Index and ranged from 861 to 4,612 males and from 2,187 to 19,739 females. The low proportion of females that reach the age when they are potentially infective suggests that N. neivai has a low biological capacity to serve as a vector and that factors such as high biting rates and opportunistic feeding behavior would be needed to enable Leishmania (Viannia) braziliensis Vianna transmission. This agreed with the epidemiological pattern of ACL in southeastern Brazil that is characterized by low incidence, with isolated cases acquired principally within domiciliary habitats.

Activation of Leishmania (Leishmania) amazonensis arginase at low temperature by binuclear Mn(2+) center formation of the immobilized enzyme on a Ni(2+) resin

In Leishmania, arginase is responsible for the production of ornithine, a precursor of polyamines required for proliferation of the parasite. In this work, the activation kinetics of immobilized arginase enzyme from L. (L.) amazonensis were studied by varying the concentration of Mn(2+) applied to the nickel column at 23 degrees C. The intensity of the binding of the enzyme to the Ni(2+) resin was directly proportional to the concentration of Mn(2+). Conformational changes of the enzyme may occur when the enzyme interacts with immobilized Ni(2+), allowing the following to occur: (1) entrance of Mn(2+) and formation of the metal bridge; (2) stabilization and activation of the enzyme at 23 degrees C; and (3) an increase in the affinity of the enzyme to Ni(2+) after the Mn(2+) activation step. The conformational alterations can be summarized as follows: the interaction with the Ni(2+) simulates thermal heating in the artificial activation by opening a channel for Mn(2+) to enter. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Biochemical characterization of serine transport in Leishmania (Leishmania) amazonensis

In addition to its role as a protein component in Leishmania, serine is also a precursor for the synthesis of both phosphatidylserine, which is a membrane molecule involved in parasite invasion and inactivation of macrophages, and sphingolipids, which are necessary for Leishmania to differentiate into its infective forms. We have characterized serine uptake in both promastigote and amastigote forms of Leishmania (Leishmania) amazonensis. In promastigotes, kinetic data show a single, saturable transport system, with a Km of 0.253 +/- 0.01 mM and a maximum velocity of 0.246 +/- 0.04 nmol/min per 107 cells. Serine transport increased linearly with temperature in the range from 20 degrees C to 45 degrees C, allowing the calculation of an activation energy of 7.09 kJ/mol. Alanine, cysteine, glycine, threonine, valine and ethanolamine competed with the substrate at a ten-fold excess concentration. Serine uptake was dependent on pH, with an optimum activity at pH 7.5. The characterization of the serine transport process in amastigotes revealed a transport system with a similar Km, energy of activation and pH response to that found in promastigotes, suggesting that the same transport system is active in both insect vector and mammalian host Leishmania stages. This could constitute an evolutionary mechanism that guarantees the provision of such an essential molecule during host change events, such as differentiation into amastigotes and macrophage invasion, as well as to ensure that the parasite maintains the infection in the mammalian host. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Active Transport of Glutamate in Leishmania (Leishmania) amazonensis

Leishmania spp. are the causative agents of leishmaniasis, a complex of diseases with a broad spectrum of clinical manifestations. Leishmania (Leishmania) amazonensis is a main etiological agent of diffuse cutaneous leishmaniasis. Leishmania spp., as other trypanosomatids, possess a metabolism based significantly on the consumption of amino acids. However, the transport of amino acids in these organisms remains poorly understood with few exceptions. Glutamate transport is an important biological process in many organisms. In the present work, the transport of glutamate is characterized. This process is performed by a single kinetic system (K-m=0.59 +/- 0.04 mM, V-max=0.123 +/- 0.003 nmol/min per 20 x 10(6) cells) showing an energy of activation of 52.38 +/- 4.7 kJ/mol and was shown to be partially inhibited by analogues, such as glutamine, aspartate, alpha-ketoglutarate and oxaloacetate, methionine, and alanine. The transport activity was sensitive to the extracellular concentration of H+ but not to Na+ or K+. However, unlike other amino acid transporters presently characterized, the treatment with specific ionophores confirmed the participation of a K+, and not H+ membrane gradient in the transport process.

Biochemical and biophysical properties of a highly active recombinant arginase from Leishmania (Leishmania) amazonensis and subcellular localization of native enzyme

Arginase (L-arginine amidinohydrolase, E.C. 3.5.3.1) is a metalloenzyme that catalyses the hydrolysis Of L-arginine to L-ornithine and urea. In Leishmania spp., the biological role of the enzyme may be involved in modulating NO production upon macrophage infection. Previously, we cloned and characterized the arginase gene from Leishmania (Leishmania) amazonensis. In the present work, we successfully expressed the recombinant enzyme in E. coli and performed biochemical and biophysical characterization of both the native and recombinant enzymes. We obtained K-M and V-max. values of 23.9(+/- 0.96) mM and 192.3 mu mol/min mg protein (+/- 14.3), respectively, for the native enzyme. For the recombinant counterpart, K-M was 21.5(+/- 0.90) mM and V-max was 144.9(+/- 8.9) mu mol/min mg. Antibody against the recombinant protein confirmed a glycosomal cellular localization of the enzyme in promastigotes. Data from light scattering and small angle X-ray scattering showed that a trimeric state is the active form of the protein. We determined empirically that a manganese wash at room temperature is the best condition to purify active enzyme. The interaction of the recombinant protein with the immobilized nickel also allowed us to confirm the structural disposition of histidine at positions 3 and 324. The determined structural parameters provide substantial data to facilitate the search for selective inhibitors of parasitic sources of arginase, which could subsequently point to a candidate for leishmaniasis therapy. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Ca(2+)-activated transbilayer movement of plasma membrane phospholipids in Leishmania donovani during ionomycin or thapsigargin stimulation

The protozoan parasite Leishmania causes serious infections in humans all over the world. After being inoculated into the skin through the bite of an infected sandfly, Leishmania promastigotes must gain entry into macrophages to initiate a successful infection. Specific, surface exposed phospholipids have been implicated in Leishmania-macrophage interaction but the mechanisms controlling and regulating the plasma membrane lipid distribution remains to be elucidated. Here, we provide evidence for Ca(2+)-induced phospholipid scrambling in the plasma membrane of Leishmania donovani. Stimulation of parasites with ionomycin increases intracellular Ca(2+) levels and triggers exposure of phosphatidylethanolamine at the cell surface. We found that increasing intracellular Ca(2+) levels with ionomycin or thapsigargin induces rapid transbilayer movement of NBD-labelled phospholipids in the parasite plasma membrane that is bidirectional, independent of cellular ATP and not specific to the polar lipid head group. The findings suggest the presence of a Ca(2+)-dependent lipid scramblase activity in Leishmania parasites. Our studies further show that lipid scrambling is not activated by rapid exposure of promastigotes to higher physiological temperature that increases intracellular Ca(2+) levels. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Leishmania amazonensis META2 protein confers protection against heat shock and oxidative stress

The META cluster of Leishmania amazonensis contains both META1 and META2 genes, which are upregulated in metacyclic promastigotes and encode proteins containing the META domain. Previous studies defined META2 as a 48.0-kDa protein, which is conserved in other Leishmania species and in Trypanosoma brucei. In this work, we demonstrate that META2 protein expression is regulated during the Leishmania life cycle but constitutive in T. brucei. META2 protein is present in the cytoplasm and flagellum of L amazonensis promastigotes. Leishmania META2-null replacement mutants are more sensitive to oxidative stress and, upon heat shock, assume rounded morphology with shortened flagella. The increased susceptibility of null parasites to heat shock is reversed by extra-chromosomal expression of the META2 gene. Defective Leishmania promastigotes exhibit decreased ability to survive in macrophages. By contrast, META2 expression is decreased by 80% in RNAi-induced T. brucei bloodstream forms with no measurable effect on survival or resistance to heat shock. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Biochemical characterization of serine acetyltransferase and cysteine desulfhydrase from Leishmania major

Cysteine metabolism exhibits atypical features in Leishmania parasites. The nucleotide sequence annotated as LmjF32.2640 encodes a cysteine desulfhydrase, which specifically catalyzes the breakdown of cysteine into pyruvate, NH(3) and H(2)S. Like in other pathogens, this capacity might be associated with regulatory mechanisms to control the intracellular level of cysteine, a highly toxic albeit essential amino acid, in addition to generate pyruvate for energy production. Besides, our results provide the first insight into the biochemical properties of Leishmania major serine acetyltransferase (SAT), which is likely involved in the two routes for de novo synthesis of cysteine in this pathogen. When compared with other members of SAT family, the N-terminal region of L. major homologue is uniquely extended, and seems to be essential for proper protein folding. Furthermore, unlike plant and bacterial enzymes, the carboxy-terminal-C(10) sequence stretch of L major SAT appears not to be implicated in forming a tight bi-enzyme complex with cysteine synthase. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.