Análise e identificação de produtos do catabolismo de heme nas formas epimastigotas de Trypanosoma cruzi

O Trypanosoma cruzi, agente etiológico da doença de Chagas, possui um ciclo de vida complexo, deve lidar com diversas condições do ambiente e depende dos hospedeiros para suprir suas necessidades nutricionais. Uma delas é a necessidade de captar a molécula de heme (Fe-protoporfirina IX) que será utilizada como fator de crescimento. Os mecanismos envolvendo o metabolismo de heme são cruciais para a sobrevivência do T. cruzi pois o parasito não possui várias enzimas de biossíntese dessa porfirina e o heme livre pode apresentar citotoxicidade para célula. Na tentativa de perseguir o destino final do heme no parasito, nós estudamos essa via inexplorada no T. cruzi. Nessa tese, nós demonstramos que epimastigotas cultivados com heme, produziram os compostos, α-meso hidroxiheme, verdoheme e biliverdina (identificados por HPLC acoplado á espectrofotômetria). Além disso, nós observamos através de análise dos extratos de epimastigotas no espectrômetro de massas (LQT Orbitrap), espécies iônicas de m/z 583,4 e m/z 619,3. A fragmentação subsequente desses íons originaram espécies filhas típicas das moléculas de biliverdina e verdoheme, respectivamente. Nós observamos também, espécies iônicas de m/z 1397,4 e m/z 1135,4. A fragmentação dessas espécies produziram íons, sendo um deles com a mesma massa molecular de heme (m/z 616,3). Essa espécie iônica por sua vez, gerou fragmentos iônicos idênticos a uma molécula de heme, confirmando que esses intermediários são produtos da modificação da porfirina. Baseado nesses resultados, nós propomos um modelo onde o catabolismo de heme em T. cruzi, envolveria a conjugação da bis(glutationil)spermina, um derivado da tripanotiona presente em tripanossomatídeos, à porfirina (m/z 1137,4), seguido da remoção de dois resíduos de ácidos glutâmicos (m/z 1135,4). Embora o significado bioquímico e fisiológico da adição desse resíduo tiol na molécula de heme ainda é pouco compreendido, alguns trabalhos demonstram a abilidade desses compostos em ligar na porfirina, sem contar também, que esse heme conjugado poderia resultar em uma forma efetiva de prevenção de danos à membrana e a célula ocasionados pelo acúmulo de heme livre. Em conjunto, esses resultados fornecem novas abordagens do metabolismo de heme em T. cruzi, revelando possíveis alvos de intervenção quimioterápica futuros. Nossa proposta está direcionada para uma via ativa de catabolismo de heme que inclui a adição de grupos tiol (derivado da tripanotiona) à heme e a clivagem do anel porfirínico originando a molécula de biliverdina.

Trypanosoma cruzi: Isolation and characterization of aspartyl proteases

Two aspartyl proteases activities were identified and isolated from Trypanosoma cruzi epimastigotes: cruzipsin-I (CZP-I) and cruzipsin-II (CZP-II). One was isolated from a soluble fraction (CZP-II) and the other was solubilized with 3-[(3-cholamidopropyl)-dimethylammonio]-1-propanesulfonate(CZP-I). The molecular mass of both proteases was estimated to be 120 kDa by HPLC gel filtration and the activity of the enzymes was detected in a doublet of bands (56 and 48 kDa) by substrate-sodium dodecyl sulphate-polyacrylamide-gelatin gel electrophoresis. Substrate specificity studies indicated that the enzymes consistently hydrolyze the cathepsin D substrate Phe-Ala-Ala-Phe (4-NO(2))-Phe-Val-Leu-O(4)MP but failed to hydrolyze serine and other protease substrates. Both proteases activities were strongly inhibited by the classic inhibitor pepstatin-A (>= 68%) and the aspartic active site labeling agent, 1,2-epoxy-3-(phenyl-nitrophenoxy) propane (>= 80%). These findings show that both proteases are novel T. cruzi acidic proteases. The physiological function of these enzymes in T. cruzi has under investigation. (c) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Análise de uma heme oxigenase funcional em Trypanosoma cruzi

O Trypanosoma cruzi é o agente etiológico da doença de Chagas, transmitida através de insetos vetores triatomíneos durante a alimentação no hospedeiro vertebrado. Os triatomíneos ingerem numa única alimentação cerca de 10 mM de heme ligado à hemoglobina. O heme é uma importante molécula no metabolismo dos organismos. Um mecanismo intracelular importante no controle de sua homeostase é a degradação enzimática pela Heme Oxigenase (HO) formando biliverdina (Bv), monóxido de carbono e ferro. Como esta enzima não está presente no genoma de T. cruzi, esse trabalho tem por objetivo identificar uma atividade funcional de HO neste parasito, uma vez que dados do nosso laboratório mostram a presença de biliverdina nas incubações dessas células com heme. No presente trabalho testamos o efeito do SnPPIX (inibidor da HO-1), CoPPIX (indutor da HO-1) e Bv sobre a proliferação da forma epimastigota do parasito. A adição de SnPPIX diminuiu a proliferação do parasito na tanto na ausência quanto na presença de heme. Quando a Bv foi adicionada à cultura esse efeito foi revertido; a Bv aumenta a proliferação celular na presença de heme. Por outro lado, a adição de CoPPIX não interferiu na proliferação. Posteriormente, mostramos através da técnica de immunoblotting, utilizando anticorpo monoclonal contra a HO-1, um aumento da expressão de uma proteína em resposta ao heme. Diferentemente das HO-1 já descritas que possuem massa molecular de 32 kDa, a única banda reconhecida pelo anticorpo apresenta 45 kDa. Analisamos também a expressão da HO-1 na presença de CoPPIX, SnPPIX e biliverdina, e somente o CoPPIX foi capaz de modular os níveis de expressão da HO-1. A análise estrutural através da técnica de imunocitoquímica mostrou uma maior expressão da enzima na presença de heme, e que a HO-1 de T. cruzi pode ter mais de uma localização, apresentando marcação citoplasmática e glicossomal. A fim de investigar a sequência da HO-1 de T. cruzi, o DNA genômico foi extraído para amplificação por PCR do gene da HO-1 utilizando oligonucleotídeos desenhados no genoma de T. cruzi. Os dois pares de oligonucleotídeos utilizados nao foram capazes de amplificar uma sequência equivalente a uma HO. Em seguida, utilizamos a técnica de imunoprecipitação, seguida de immunoblotting, com anticorpo anti-HO-1, com objetivo de concentrar a proteína alvo, e observamos um aumento significativo do imunocomplexo nas células tratadas com heme 300 mM, cerca de 2 vezes em relação ao controle. Dando seguimento à tentativa de identificação da HO-1 de T. cruzi, utilizamos a técnica de espectrometria de massa a partir de eletroforese unidimensional, que mostrou uma grande alteração do perfil protéico na presença de heme, mas futuros experimentos são necessários, como eletroforese 2D, para a identificação da proteína alvo

Atividade in vitro da pterocarpanoquinona LQB-118 sobre o Trypanosoma cruzi

A doença de Chagas é endêmica na América Latina sendo considerada uma doença negligenciada com grande impacto socioeconômico. A infecção é causada pelo protozoário Trypanosoma cruzi que é transmitido pela forma vetorial, entre outros mecanismos. O tratamento consiste basicamente no uso de dois fármacos, o benznidazol e o Nifurtimox que apresentam uma série de efeitos colaterais e atuam muito pouco nas formas amastigotas intracelulares o que faz com que o tratamento atual seja restrito e insatisfatório.Várias atividades farmacológicas foram atribuídas ao lapachol e a pterocarpanos, tais como atividade antitumoral e antiparasitária. Devido a esse potencial foi sintetizado uma molécula híbrida, a pterocarpanoquinona LQB-118, e algumas moléculas derivadas. A LQB-118 mostrou anteriormente atividade antitumoral e anti-Leishmania. O objetivo do presente trabalho foi investigar a atividade in vitro da LQB-118 e suas moléculas derivadas sobre o Trypanosoma cruzi clone Dm28c. Para avaliação inicial do efeito anti-parasitário das moléculas, amastigotas intracelulares, tripomastigotas metacíclicos e epimastigotas foram incubados com 20 M das LQBs 118, 168, 187, 182 e 236. A LQB-118 demonstrou atividade antiparasitária nas três formas evolutivas (90% na forma amastigota, 44% na forma tripomastigota e 70% na forma epimastigota) do parasito, enquanto as moléculas derivadas não mostraram atividade significativa. Sendo assim os estudos foram continuados com a molécula LQB-118. A ação da LQB-118 sobre as amastigotas intracelulares foi dose dependente, com redução do índice de infecção em 81% e 88% nas concentrações de 20 e 30 M respectivamente. Já sobre tripomastigotas, a LQB-118 foi menos ativa reduzindo a mobilidade dessas formas em até 45% a 30 M. Sobre a forma epimastigota a ação foi dose-dependente chegando a inibir 96% o crescimento dos parasitos a 20 M, com alterações da morfologia tais como arrendondamento do corpo celular e perda do flagelo. A dose capaz de inibir 50% foi de 4,2 M para amastigota intracelular e 38,1 M para tripomastigotas. Para macrófagos, a LC50 ficou em 40 M, uma concentração quase dez vezes maior que a IC50 para amastigotas. A capacidade das formas amastigotas intracelulares se diferenciarem em tripomatigotas e lisar os macrófagos foi avaliada após o tratamento com a LQB-118 por 72h. Observou-se um atraso do ciclo intracelular do parasito de modo dose-dependente, onde na concentração de 30 M o surgimento de tripomastigota foi no 9 dia enquanto nos controles foi no 5 dia de cultura. Para delinear o mecanismo de ação, foi avaliado o efeito direto sobre o parasito como a indução da fragmentação de DNA. A análise de indução da fragmentação do DNA feita pela marcação pelo TUNEL mostrou que o tratamento com a LQB-118 induziu seletivamente a fragmentação do núcleo das amastigotas enquanto o núcleo dos macrófagos se mantiveram íntegros. Macrófagos peritoneais pré-tratados com LQB-118 por 24 horas foram capazes de reduzir o número de amastigotas após 72h de cultivo na ausência da molécula, mas sem alteração na produção de óxido nítrico. Esses resultados mostram que a LQB-118 é ativa contra o T. cruzi, principalmente sobre a forma amastigota intracelular, que é a forma presente na fase crônica da infecção. O mecanismo de ação sugere que a LQB-118 é capaz de ser seletivamente tóxica para o parasito e também ativar os mecanismos microbicidas dos macrófagos de modo independente da produção de óxido nítrico.

16-Bromoepiandrosterone, an activator of the mammalian immune system, inhibits glucose 6-phosphate dehydrogenase from Trypanosoma cruzi and is toxic to these parasites grown in culture

Glucose 6-phosphate dehydrogenase (G6PDH) catalyzes the first step of the pentose-phosphate pathway which supplies cells with ribose 5-phosphate (R5P) and NADPH. R5P is the precursor for the biosynthesis of nucleotides while NADPH is the cofactor of several dehydrogenases acting in a broad range of biosynthetic processes and in the maintenance of the cellular redox state. RNA interference-mediated reduction of G6PDH levels in bloodstream-form Trypanosoma brucei validated this enzyme as a drug target against Human African Trypanosomiasis. Dehydroepiandrosterone (DHEA), a human steroidal pro-hormone and its derivative 16 alpha-bromoepiandrosterone (16BrEA) are uncompetitive inhibitors of mammalian G6PDH. Such steroids are also known to enhance the immune response in a broad range of animal infection models. It is noteworthy that the administration of DHEA to rats infected by Trypanosoma cruzi, the causative agent of Human American Trypanosomiasis (also known as Chagas` disease), reduces blood parasite levels at both acute and chronic infection stages. In the present work, we investigated the in vitro effect of DHEA derivatives on the proliferation of T. cruzi epimastigotes and their inhibitory effect on a recombinant form of the parasite`s G6PDH (TcG6PDH). Our results show that DHEA and its derivative epiandrosterone (EA) are uncompetitive inhibitors of TcG6PDH, with K(i) values of 21.5 +/- 0.5 and 4.8 +/- 0.3 mu M, respectively. Results from quantitative inhibition assays indicate 16BrEA as a potent inhibitor of TcG6PDH with an IC(50) of 86 +/- 8 nM and those from in vitro cell viability assays confirm its toxicity for T. cruzi epimastigotes, with a LD(50) of 12 +/- 8 mu M. In summary, we demonstrated that, in addition to host immune response enhancement, 16BrEA has a direct effect on parasite viability, most likely as a consequence of TcG6PDH inhibition. Crown Copyright (C) 2010 Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Glucose uptake in the mammalian stages of Trypanosoma cruzi

Trypanosoma cruzi, the agent of Chagas` disease, alternates between different morphogenetic stages that face distinct physiological conditions in their invertebrate and vertebrate hosts, likely in the availability of glucose. While the glucose transport is well characterized in epimastigotes of T cruzi, nothing is known about how the mammalian stages acquire this molecule. Herein glucose transport activity and expression were analyzed in the three developmental stages present in the vertebrate cycle of T cruzi. The infective trypomastigotes showed the highest transport activity (V(max) = 5.34 +/- 0.54 nmol/min per mg of protein: K(m) = 0.38 +/- 0.01 mM) when compared to intracellular epimastigotes (V(max) = 2.18 +/- 0.20 nmol/min per mg of protein; K(m) = 0.39 +/- 0.01 mM). Under the conditions employed no transport activity could be detected in amastigotes. The gene of the glucose transporter is expressed at the mRNA level in trypomastigotes and in intracellular epimastigotes but not in amastigotes, as revealed by real-time PCR. In both trypomastigotes and intracellular epimastigotes protein expression could be detected by Western blot with an antibody raised against the glucose transporter correlating well with the transport activity measured experimentally. Interestingly, anti-glucose transporter antibodies showed a strong reactivity with glycosome and reservosome organelles. A comparison between proline and glucose transport among the intracellular differentiation forms is presented. The data suggest that the regulation of glucose transporter reflects different energy and carbon requirements along the intracellular life cycle of T cruzi. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Mechanism of Trypanosoma cruzi death induced by Cratylia mollis seed lectin

Incubation of T. cruzi epimastigotes with the lectin Cramoll 1,4 in Ca(2+) containing medium led to agglutination and inhibition of cell proliferation. The lectin (50 A mu g/ml) induced plasma membrane permeabilization followed by Ca(2+) influx and mitochondrial Ca(2+) accumulation, a result that resembles the classical effect of digitonin. Cramoll 1,4 stimulated (five-fold) mitochondrial reactive oxygen species (ROS) production, significantly decreased the electrical mitochondrial membrane potential (Delta I(m)) and impaired ADP phosphorylation. The rate of uncoupled respiration in epimastigotes was not affected by Cramoll 1,4 plus Ca(2+) treatment, but oligomycin-induced resting respiration was 65% higher in treated cells than in controls. Experiments using T. cruzi mitochondrial fractions showed that, in contrast to digitonin, the lectin significantly decreased Delta I(m) by a mechanism sensitive to EGTA. In agreement with the results showing plasma membrane permeabilization and impairment of oxidative phosphorylation by the lectin, fluorescence microscopy experiments using propidium iodide revealed that Cramoll 1,4 induced epimastigotes death by necrosis.

Experimental Chemotherapy against Trypanosoma cruzi Infection Using Ruthenium Nitric Oxide Donors

The ruthenium NO donors of the group trans-[Ru(NO)(NH(3))(4)L](n+), where the ligand (L) is N-heterocyclic H(2)O, SO(3)(2 -), or triethyl phosphite, are able to lyse Trypanosoma cruzi in vitro and in vivo. Using half-maximal (50%) inhibitory concentrations against bloodstream trypomastigotes (IC(50)(try)) and cytotoxicity data on mammalian V-79 cells (IC(50)(V79)), the in vitro therapeutic indices (TIs) (IC(50)(V79)/IC(50)(try)) for these compounds were calculated. Compounds that exhibited an in vitro TI of >= 10 and trypanocidal activity against both epimastigotes and trypomastigotes with an IC(50)(try/epi) of <= 100 mu M were assayed in a mouse model for acute Chagas` disease, using two different routes (intraperitoneal and oral) for drug administration. A dose-effect relationship was observed, and from that, the ideal dose of 400 nmol/kg of body weight for both trans-[Ru(NO)(NH(3))(4)isn](BF(4))(3) (isn, isonicotinamide) and trans-[Ru(NO)(NH3) 4imN](BF4) 3 (imN, imidazole) and median (50%) effective doses (ED50) of 86 and 190 nmol/kg, respectively, were then calculated. Since the 50% lethal doses (LD(50)) for both compounds are higher than 125 mu mol/kg, the in vivo TIs (LD(50)/ED(50)) of the compounds are 1,453 for trans-[Ru(NO)(NH(3))(4)isn](BF(4))(3) and 658 for trans-[Ru(NO)(NH(3))(4)imN](BF(4))(3). Although these compounds exhibit a marked trypanocidal activity and are able to react with cysteine, they exhibit very low activity in T. cruzi -glycosomal glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase tests, suggesting that this enzyme is not their target. The trans-[Ru(NO)(NH(3))(4)isn](BF(4))(3) and trans-[Ru(NO)(NH(3))(4)imN](BF(4))(3) compounds are able to eliminate amastigote nests in myocardium tissue at 400-nmol/kg doses and ensure the survival of all infected mice, thus opening a novel set of therapies to try against trypanosomatids.

Morphological, biological and molecular characterization of three strains of Trypanosoma cruzi Chagas, 1909 (Kinetoplastida, Trypanosomatidae) isolated from Triatoma sordida (Stal) 1859 (Hemiptera, Reduviidae) and a domestic cat

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Cloning and molecular characterization of Trypanosoma cruzi U2, U4, U5, and U6 small nuclear RNAs

Small nuclear RNAs (snRNAs) are important factors in the functioning of eukaryotic cells that form several small complexes with proteins; these ribonucleoprotein particles (U snRNPs) have an essential role in the pre-mRNA processing, particularly in splicing, catalyzed by spliceosomes, large RNA-protein complexes composed of various snRNPs. Even though they are well defined in mammals, snRNPs are still not totally characterized in certain trypanosomatids as Trypanosoma cruzi. For this reason we subjected snRNAs (U2, U4, U5, and U6) from T. cruzi epimastigotes to molecular characterization by polymerase chain reaction (PCR) and reverse transcription-PCR. These amplified sequences were cloned, sequenced, and compared with those other of trypanosomatids. Among these snRNAs, U5 was less conserved and U6 the most conserved. Their respective secondary structures were predicted and compared with known T. brucei structures. In addition, the copy number of each snRNA in the T. cruzi genome was characterized by Southern blotting.

Trypanocidal action of eupomatenoid-5 is related to mitochondrion dysfunction and oxidative damage in Trypanosoma cruzi

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

CYTOMETRY AND KARYOMETRY IN TRYPANOSOMA-CRUZI

A total of 991 Trypanosoma cruzi cells, from four laboratory stocks, including the three differentiation forms, had their cellular outlines, nuclei and kinetoplasts measured at 9000 x magnification. Data on the identifiable cell cycle stages were used to search for intraspecific and biological cycle heterogeneity.Cellular areas (CA) in the interphasic differentiation forms produced ratios of 1.07 for culture epimastigotes (E), 1 for blood trypomastigotes (T), and 0.86 for tissue forms (A). Homogeneity in terms of nuclear (NA) and kinetoplast (KA) areas prevailed among the stocks, with differences of at most 6%, for modal NA of strains CL and Y. NA of T-form was larger than the basic NA of early G1 A-form. T-form kinetoplast volume was 3-fold that of A-form K-DNA nucleoids.One of the two recently divided kinetoplasts in mitotic E-form did not correlate with CA, indicating that mitochondrial division was unequal. The KA of CL strain T-form did not correlate with NA, suggesting a mitochondrial disfunction in this thermosensitive strain.The CL strain T-form was more heterogeneous than the Y strain for all characters, showing greater frequency of large values, even reaching the G2 levels. This heterogeneity was interpreted as functional, consequent to the thermosensitivity of the CL strain. Precocious bursting of CL strain host cells would lead to the polymorphic T-forms. Post-S phase trypomastigotes could start division soon after penetration of host cells.

TESA-blot for the diagnosis of Chagas disease in dogs from co-endemic regions for Trypanosoma cruzi, Trypanosoma evansi and Leishmania chagasi

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Avaliação da atividade tripanocida do ácido gálico e seus ésteres contra formas epimastigotas de Trypanosoma cruzi: Rogério Andréo. -

Pós-graduação em Biotecnologia - IQ