Dimorfismo fungino e virulenza: Molecular Mechanisms for Temperature Adaptation, Immune Evasion, and In Vivo Survival

Abstract

I funghi termicamente dimorfici sono un gruppo unico di funghi all’interno del phylum Ascomycota che rispondono ai cambiamenti di temperatura convertendosi tra ife (22-25°C) e lievito (37°C). Questo passaggio morfologico, noto come transizione di fase, definisce la biologia e lo stile di vita di questi funghi. La conversione in lievito all’interno di ospiti mammiferi sani e immunocompromessi è essenziale per la virulenza. Nella fase di lievito, i funghi termicamente dimorfici upregolano i geni coinvolti nel sovvertimento delle difese immunitarie dell’ospite. Questa revisione evidenzia i meccanismi molecolari che governano la transizione di fase e i recenti progressi su come la transizione di fase promuove l’infezione.

1. Introduzione

La capacità dei funghi di passare tra diverse forme morfologiche è diffusa in tutto il regno fungino ed è una parte fondamentale della loro biologia. Un piccolo sottoinsieme di funghi all’interno del phylum Ascomycota è considerato dimorfico, che si riferisce alla capacità di convertire tra due forme morfologiche specifiche, lievito e ife. Questi funghi sono in grado di infettare mammiferi, piante e insetti, e possono essere suddivisi in funghi dimorfici termici e non termici. I funghi dimorfici termici infettano gli esseri umani e altri mammiferi come cani, gatti, armadilli e roditori (Tabella 1). I funghi termicamente dimorfici sono unici tra i patogeni fungini perché possono infettare gli esseri umani con difese immunitarie normali e compromesse. Questo include gli agenti eziologici di blastomicosi, istoplasmosi, coccidioidomicosi, paracoccidioidomicosi e sporotricosi. Al contrario, la penicilliosi e l’emmonsiosi si verificano in persone con un’infezione da HIV di lunga durata che è progredita fino all’AIDS (cellule T CD4+/mm3) o con un’immunità cellulo-mediata compromessa per altri motivi (ad esempio, trapianto di organi solidi). Anche i funghi dimorfi non termici possono causare infezioni umane (ad esempio, Malassezia furfur) ma sono più tipicamente fitopatogeni o entomopatogeni. Per esempio, Ophiostoma novo-ulmi, l’agente eziologico della malattia dell’olmo olandese, ha distrutto milioni di olmi in Europa e negli Stati Uniti. Il fungo “formica zombie”, Ophiocordyceps unilateralis, secerne metaboliti per alterare il comportamento delle formiche infette. Questa recensione si concentrerà su come il passaggio morfologico tra ife e lievito contribuisce alla virulenza con un’enfasi sui funghi termicamente dimorfici rilevanti per la salute umana.

2. La transizione di fase

La transizione morfologica reversibile tra ife e lieviti, nota come transizione di fase, è caratteristica fondamentale della biologia e dello stile di vita dei funghi dimorfi. Nel suolo (22-25°C), questi funghi crescono come ife settate che producono conidi. L’alterazione del suolo da parte di attività umane come l’edilizia o i disastri naturali può aerosolizzare i conidi e i frammenti ifali. Quando vengono inalati nei polmoni caldi di un ospite mammifero (37°C), questi propaguli infettivi si convertono in lieviti patogeni (o sferule per Coccidioides) per causare la polmonite. Una volta che l’infezione è stabilita nei polmoni, il lievito (o le sferule) possono diffondersi in altri organi come la pelle, le ossa o il cervello.

Anche se la temperatura è lo stimolo predominante che influenza la transizione di fase – le ife a 22-25°C e il lievito a 37°C, ulteriori stimoli che influenzano il cambiamento dimorfico includono la tensione dell’anidride carbonica (CO2), la cisteina esogena e l’estradiolo. Un’elevata tensione di CO2 (5% CO2) è necessaria per gli artroconidi di Coccidioides spp. per germinare in sferule a 37°C e per la crescita opzionale del lievito Histoplasma capsulatum. Nel polmone umano, la tensione di CO2 è circa 150 volte superiore a quella dell’aria ambiente, che fornisce una quantità ottimale di CO2 per la transizione di fase. In risposta a un aumento della temperatura, la respirazione mitocondriale cessa in Histoplasma, Blastomyces e Paracoccidioides. Per riattivare la respirazione e completare il passaggio morfologico al lievito, è necessario l’assorbimento di cisteina esogena. La produzione di 17β-estradiolo da parte degli esseri umani influenza il cambiamento morfologico e la crescita di Coccidioides e Paracoccidioides, che a sua volta, modula la gravità dell’infezione nelle donne. In presenza di 17β-estradiolo, la crescita delle sferule di Coccidioides a 37°C è accelerata, il che può spiegare l’aumentato rischio di coccidioidomicosi disseminata nelle donne incinte. Inoltre, l’analisi in vitro ha dimostrato che le sferule di Coccidioides mostrano un legame saturabile di 17β-estradiolo. In contrasto con Coccidioides, il passaggio morfologico da ife o conidi a lievito in Paracoccidioides è bloccato da 17β-estradiolo. In un modello murino di infezione polmonare, la conversione dei conidi in lievito è compromessa nelle femmine, ma non nei topi maschi. Negli esseri umani, l’incidenza della paracoccidioidomicosi è 11-30 volte superiore nei maschi adulti rispetto alle femmine adulte, nonostante una frequenza simile di esposizione a Paracoccidioides. Prima della pubertà, il rapporto maschio-femmina è 1 : 1.

Queste osservazioni hanno spinto a indagare i meccanismi attraverso i quali l’estradiolo e il genere influenzano lo sviluppo fungino e la risposta dell’ospite. L’analisi microarray dell’espressione genica del ceppo P. brasiliensis Pb01 ha dimostrato che la conversione alterata in lievito a 37°C in presenza di 17β-estradiolo ha ridotto la trascrizione dei geni coinvolti nella segnalazione cellulare (piccola GTPasi RhoA, palmitoiltransferasi), shock termico (HSP40, HSP70 e HSP90), sintesi della chitina (chitina sintasi) e rimodellamento del glucano (β-1,3-glucano sintasi, α-1,3-glucano sintasi) . Quando stimolati con paracoccin, una proteina legante la lectina con attività chitinasi, i topi femmina mostrano una risposta citochinica Th1 più forte con una maggiore produzione di fattore di necrosi tumorale alfa (TNF-α), interferone gamma (INF-γ), e interleuchina 12 (IL-12), insieme ad una maggiore attività fungicida dei macrofagi rispetto ai topi maschi. Dopo l’ovariectomia e il trattamento con testosterone, la risposta delle citochine si è spostata da Th1 a Th2 nei topi femmina. Castrazione di topi maschi accoppiato con terapia estradiolo favorito una risposta citochina Th1 invece di una risposta citochina Th2. Collettivamente, questi risultati evidenziano l’importanza degli ormoni steroidei sessuali e del genere sullo sviluppo fungino e sulla suscettibilità dell’ospite.

3. Fattori di virulenza della fase del lievito e sovversione delle difese immunitarie dell’ospite

Una volta inalati nei polmoni, i conidi vengono ingeriti dai macrofagi, dove germinano in lieviti (o sferule per Coccidioides) e si replicano. Histoplasma capsulatum, Coccidioides immitis e posadasii, Sporothrix schenckii, Paracoccidioides brasiliensis e lutzii, e Talaromyces marneffei si replicano dentro e fuori le cellule immunitarie innate. Tradizionalmente, si pensava che Blastomyces spp. fosse esclusivamente extracellulare; tuttavia, ricerche recenti dimostrano che i conidi di B. dermatitidis ingeriti dai macrofagi sopravvivono e si convertono in lievito.

Durante la transizione di fase, i funghi termicamente dimorfici upregolano i geni specifici della fase del lievito tra cui Blastomyces adhesion-1 (BAD-1), calcium-binding protein-1 (CBP1), yeast-phase specific-3 (YPS3), e spherule outer wall glycoprotein (SOWgp) per sovrastare attivamente le difese immunitarie dell’ospite. B. dermatitidis e B. gilchristii esprimono BAD1 (ex WI-1), una proteina multifunzionale secreta di 120 kDA che serve come adesione ed evasione immunitaria. BAD1 secreta si lega alla superficie cellulare del lievito tramite interazioni con la chitina e rimane anche solubile nell’ambiente extracellulare. Il BAD1 legato alla superficie cellulare lega il lievito alle cellule ospiti attraverso i recettori del complemento (CR3, CD14) e il solfato di eparano per promuovere l’adesione delle cellule del lievito alle cellule ospiti. BAD-1 legato alla superficie cellulare del lievito inibisce la produzione di TNF-α da parte di macrofagi e neutrofili in un modo dipendente dal fattore di crescita trasformante-β (TGF-β). Al contrario, BAD-1 solubile blocca la produzione di TNF-α indipendentemente dal TGF-β. TNF-α è una citochina critica per la corretta difesa dell’ospite contro i funghi dimorfici. La neutralizzazione del TNF-α in un modello murino di infezione risulta in una blastomicosi polmonare progressiva. Inoltre, nel 2008, la Food and Drug Administration (FDA) ha emesso un avviso di aumento del rischio di istoplasmosi, blastomicosi e coccidioidomicosi per le persone che assumono inibitori del TNF-α per il trattamento di disturbi autoimmuni (ad esempio, artrite reumatoide e malattia di Crohn). Oltre a influenzare la produzione di TNF-α, BAD1 compromette anche la risposta immunitaria adattativa inibendo l’attivazione dei linfociti T CD4+, che diminuisce la produzione di IL-17 e INF-γ. Le attività di adesione e di immunomodulazione di BAD1 sono essenziali per la patogenesi di Blastomyces. La delezione di BAD1 rende il lievito Blastomyces avirulento nel modello murino di infezione polmonare. Oltre a BAD1, Blastomyces dermatitidis secerne una dipeptidil-peptidasi IVA (DppIVA) per modulare l’immunità dell’ospite. DppIV è una serina proteasi che scinde GM-CSF, una potente citochina che attiva macrofagi e neutrofili per uccidere i funghi. Silenziamento DppIVA da RNA interference (RNAi) riduce la sopravvivenza del lievito B. dermatitidis coculturato con GM-CSF attivato macrofagi e neutrofili. Inoltre, i ceppi DppIVA-RNAi hanno attenuato la virulenza durante l’infezione polmonare. In contrasto con B. dermatitidis, H. capsulatum DppIVA non viene rilevato extracellularmente e non contribuisce alla virulenza.

Analogo a BAD1, Coccidioides SOWgp è localizzato alla superficie cellulare della sferula e un importante fattore di virulenza. SOWgp facilita il legame delle sferule alle proteine della matrice extracellulare (ECM) dell’ospite, tra cui laminina, fibronectina e collagene. La delezione di SOWgp (SOWgp∆) in Coccidioides compromette l’aderenza delle sferule alle proteine ECM e risulta in una virulenza attenuata in un modello murino di infezione polmonare.

In H. capsulatum, CBP1 è un fattore di virulenza secreto che promuove la replicazione intracellulare del lievito. CBP1 lega il calcio, esiste come omodimero, è resistente alla degradazione della proteasi, ed è strutturalmente correlato a un gruppo di proteine di membrana legate ai lipidi note come saposine. CBP1 secreto dal lievito intracellulare H. capsulatum induce l’apoptosi e la lisi dei macrofagi inducendo la trascrizione delle caspasi delle cellule ospiti, dei fattori di trascrizione (NUPR1/p8, TRB3) e dei geni coinvolti nello stress del reticolo endoplasmatico (ER). Quindi, la lisi dei macrofagi è un processo attivo diretto dal fungo e non dovuto ad un elevato carico fungino intracellulare. Simile a BAD1, CBP1 è un fattore di virulenza essenziale. I mutanti CBP1 null (CBP1Δ) non sono in grado di indurre l’apoptosi dei macrofagi e sono avirulenti nel modello murino di infezione polmonare. Oltre a CBP1, H. capsulatum secerne YPS3, che si lega alla chitina nella parete cellulare del lievito e facilita la diffusione extrapolmonare al fegato e alla milza.

Durante il passaggio morfologico da ife a lievito o da conidio a lievito, i funghi dimorfi subiscono un ampio rimodellamento della parete cellulare, compresa la composizione del glucano. La riorganizzazione del contenuto di glucano ha il potenziale di impedire il riconoscimento dei modelli molecolari associati al patogeno (PAMP) da parte delle cellule immunitarie dell’ospite. Durante il cambiamento morfologico, la quantità di β-(1,3)-glucano nella parete cellulare di Blastomyces e Paracoccidioides diminuisce dal ≈40% nelle ife al ≈5% nel lievito. La riduzione del β-(1,3)-glucano nella parete cellulare del lievito può limitare il suo riconoscimento da parte della dectina-1 sulle cellule immunitarie innate e delle lectine che legano il mannosio. Al contrario, H. capsulatum non riduce il β-(1,3)-glucano nelle cellule di lievito, ma piuttosto utilizza l’α-(1,3)-glucano come “scudo” per bloccare il riconoscimento del β-(1,3)-glucano da parte della dectina-1. Così, i funghi dimorfici utilizzano strategie multiple tra cui i fattori di virulenza secreti e la modifica della parete cellulare del lievito per sovvertire le difese immunitarie dell’ospite per stabilire l’infezione anche in persone con sistemi immunitari intatti.

La capacità dei funghi termicamente dimorfici di sovvertire le difese immunitarie dell’ospite non è efficace al 100%. L’ospite può montare una risposta immunitaria per fermare la progressione dell’infezione. Studi epidemiologici hanno dimostrato che il ≈50% delle persone esposte a Blastomyces spp. sviluppa un’infezione sintomatica, mentre il ≈50% ha un’infezione asintomatica o subclinica. Allo stesso modo, l’inalazione di Histoplasma capsulatum, Coccidioides spp. e Paracoccidioides spp. provoca un’infezione sintomatica in <10%, 33-50% e <5% delle persone sane, rispettivamente. Le difese immunitarie innate e adattative intatte insieme alla capacità di “wall-off” del lievito nei granulomi sono fondamentali per la difesa dell’ospite contro l’infezione. In seguito alla conversione dei conidi in lievito, le cellule dendritiche e i macrofagi interagiscono con le cellule del lievito e le fagocitano. L’analisi dell’espressione genica delle cellule dendritiche che hanno fagocitato il lievito di P. brasiliensis ha dimostrato l’upregolazione delle trascrizioni coinvolte nella generazione di una risposta immunitaria protettiva tra cui TNF-α, IL-12 e chemochine (CCL22, CCL27 e CXCL10). Inoltre, il recettore dectin-1 è stato upregolato, che induce la fagocitosi, la generazione di specie reattive dell’ossigeno, e citochine e chemochine proinfiammatorie in risposta al legame con il β-(1,3)-glucano. Le chemochine promuovono la migrazione dei leucociti verso i siti di infezione. Allo stesso modo, i macrofagi infettati con P. brasiliensis inducono anche una risposta proinfiammatoria con l’upregolazione di TNF-α, chemochine (CCL21, CCL22, CXCL4, CXC11 e CXCL14) e chinasi (IRAK2). Questi risultati evidenziano la capacità delle difese immunitarie di limitare l’impatto dei fattori di virulenza fungina.

4. Regolazione della transizione di fase

La transizione da ife o conidi a lievito a 37°C è essenziale per la virulenza. La scoperta di una istidina chinasi ibrida codificata da DRK1 in Blastomyces e Histoplasma ha fornito la prima prova genetica che il passaggio morfologico al lievito è direttamente collegato alla virulenza. DRK1 null (DRK1Δ), mutanti inserzionali e ceppi silenziati dall’interferenza dell’RNA (RNAi-) crescono come ife a 37°C invece che come lievito, non riescono a upregolare fattori di virulenza specifici della fase del lievito come BAD1 e CBP1, e sono avirulenti in un modello murino di infezione. La funzione di DRK1 è conservata tra i funghi termicamente dimorfici. In T. marneffei, DRKA (un omologo di DRK1) è fondamentale per la conversione dei conidi in lievito nei macrofagi. In Sporothrix, Paracoccidioides, e T. marneffei, l’abbondanza di trascrizione di DRK1 è maggiore nel lievito (37°C) che nelle ife (25°C). Si ritiene che DRK1 funzioni come parte della cascata di segnalazione del glicerolo ad alta osmolarità (HOG), che facilita l’adattamento agli stress osmotici, ossidativi e termici. Di conseguenza, la trascrizione DRK1 è anche upregolata in risposta allo stress osmotico in Paracoccidioides e T. marneffei. Oltre a facilitare l’adattamento alla temperatura e allo stress osmotico, DRK1 influenza anche l’integrità della parete cellulare.

La regolazione del cambiamento morfologico è complessa e non è limitata a DRK1. I fattori di trascrizione codificati da RYP1-4 (richiesti per la fase del lievito) governano anche la transizione di fase e regolano una serie di geni specifici della fase del lievito coinvolti nella virulenza a 37°C. Questi fattori di trascrizione sono upregolati a 37°C e sono conservati tra i funghi dimorfi e filamentosi. RYP1 è un omologo del regolatore principale WOR1 in C. albicans, mentre RYP2 e RYP3 fanno parte del complesso velvet, VosA e VelB, rispettivamente. RYP4 è una proteina di dominio Zn(II)2Cys6 del cluster binucleare di zinco che è omologa a A. nidulans FacB; tuttavia, non sembra essere coinvolto nell’utilizzo dell’acetato. Questi fattori di trascrizione formano una rete integrata in cui si legano direttamente e regolano un insieme comune di geni fondamentali, compresi quelli importanti per la virulenza come CBP1 e YPS3. Il silenziamento della trascrizione di RYP1-4 si traduce in cellule che non riescono a subire correttamente la transizione di fase e crescono come ife a 37°C.

Il passaggio morfologico nella direzione opposta, dal lievito alle ife, è anche importante per la patogenesi. La crescita come ife promuove la sopravvivenza nell’ambiente, la generazione di conidi per facilitare la trasmissione a nuovi ospiti, e la diversità genetica attraverso l’accoppiamento. B. dermatitidis SREB e H. capsulatum SRE1 codificano un fattore di trascrizione GATA che governa la transizione alle ife dopo un calo di temperatura da 37°C a 22-25°C. I mutanti SREB null (SREBΔ) e i ceppi SRE1-RNAi non riescono a completare la conversione in ife. Il ruolo di questo fattore di trascrizione GATA sull’adattamento alla temperatura è conservato in altri funghi. Un omologo di SREB e SRE1 in C. neoformans, CIR1, è essenziale per la termotolleranza a 37°C. In B. dermatitidis, il difetto dell’interruttore morfologico corrisponde a una diminuzione della biosintesi dei lipidi neutri (ergosterolo, triacilglicerolo) e delle goccioline lipidiche. La supplementazione con acidi grassi saturi esogeni (acido palmitico, 16 : 0, e acido stearico, 18 : 0) ha parzialmente corretto i difetti nella morfogenesi e nella formazione delle gocce lipidiche. Questo suggerisce che il metabolismo dei lipidi neutri deve potenzialmente influenzare la transizione di fase delle ife a temperatura ambiente. SREB e SRE1 agiscono anche come regolatori negativi dei geni coinvolti nella biosintesi dei siderofori e nell’assorbimento del ferro; tuttavia, questo ruolo sembra essere indipendente dalla transizione di fase. In H. capsulatum, la delezione di VMA1, che codifica una ATPasi vacuolare coinvolta nell’omeostasi del ferro intracellulare, ha come risultato cellule che non riescono a convertirsi in ife a 25°C. Questo indica il potenziale per il metabolismo del ferro non regolato da SREB per influenzare l’interruttore morfologico dipendente dalla temperatura. In T. marneffei, la conversione in ife e il mantenimento della morfologia filamentosa a 25°C sono regolati da fattori di trascrizione codificati da HGRA e TUPA, rispettivamente. Oltre ai regolatori trascrizionali, la N-acetilglucosamina (GlcNAc) accelera la conversione da lievito a ife in B. dermatitidis e H. capsulatum attraverso i trasportatori transmembrana NGT1 e NGT2. In Vivo Transcriptional Profiling

L’uso di strategie genetiche in avanti come la mutagenesi inserzionale ha sostanzialmente avanzato il campo della micologia medica in relazione ai funghi termicamente dimorfici. Questo ha portato alla scoperta di nuovi geni e reti geniche che regolano la transizione di fase (per esempio, DRK1, RYP1-3 e SREB). Nell’era degli studi di associazione genoma-wide, un serbatoio non sfruttato per scoprire nuovi geni o reti geniche nei funghi dimorfici è il profilo trascrizionale del lievito durante l’infezione. Per identificare i geni importanti per la patogenicità, in vivo trascrizione profilo è stato eseguito per Blastomyces dermatitidis ceppo 26199 utilizzando un modello murino di infezione polmonare. Una nuova tecnica a 2 fasi è stata sviluppata per separare in modo efficiente il lievito B. dermatitidis dal tessuto polmonare murino per ottenere RNA di alta qualità per il RNA-sequencing (RNA-Seq). Per identificare i geni di B. dermatitidis con trascrizione alterata indipendente dalla temperatura o da altre condizioni, il profilo trascrizionale del lievito isolato dai polmoni del topo è stato confrontato con il lievito coltivato in cocoltura con macrofagi a 37°C, il lievito cresciuto in vitro senza macrofagi derivati dal midollo osseo a 37°C, e le ife a 22°C utilizzando l’analisi K-means cluster. Questa analisi ha identificato 72 geni che sono stati upregolati in vivo >2 volte e indipendenti dalla temperatura, dalla cocoltivazione dei macrofagi e dalle condizioni dei media. Un sottoinsieme di questi geni inclusi quelli che codificano proteine secrete nel milieu extracellulare, assorbimento e trasporto di cationi metallici, e il metabolismo degli aminoacidi.

Geni coinvolti con l’acquisizione di zinco sono upregolati dal lievito B. dermatitidis durante l’infezione polmonare. Questo include un zonoforo (PRA1/ZPS1), un trasportatore di zinco ad alta affinità (ZRT1) e un trasportatore di zinco a bassa affinità (ZRT2). In Candida albicans, PRA1 è secreto nell’ambiente extracellulare per legare lo zinco e consegnarlo al fungo attraverso la sua interazione con ZRT1 sulla superficie cellulare. In C. albicans, Aspergillus fumigatus, e Ustilago maydis, PRA1 e ZRT sono coregolati e sintetici. Anche se PRA1 e ZRT1 sembrano essere coregolati in Blastomyces, questi geni non sono sintenici. Sorprendentemente, PRA1 non è ben conservato tra i funghi dimorfici ed è assente nei genomi di H. capsulatum, Paracoccidioides spp. ed Emmonsia; tuttavia, gli omologhi sono presenti in Coccidioides. In C. albicans, PRA1 è postulato per influenzare la patogenesi. La delezione di PRA1 risulta in mutanti che hanno una ridotta capacità di sciogliere le cellule endoteliali in condizioni di carenza di zinco. L’impatto di PRA1 durante l’infezione in vivo non è stato ancora studiato.

Oltre a regolare i meccanismi di zinco-scavenging in vivo, B. dermatitidis aumenta la trascrizione di NIC1, che codifica un trasportatore di nichel. Il nichel è necessario per il corretto funzionamento dell’ureasi, un enzima che catalizza la conversione dell’urea in ammoniaca e CO2. L’urea si trova nei tessuti dei mammiferi come prodotto del catabolismo dei nucleotidi purinici. Nel Coccidioides, l’ureasi viene rilasciata dalle sferule durante la replicazione e danneggia i tessuti attraverso la produzione di ammoniaca, che alcalinizza il microambiente. La delezione del gene dell’ureasi (UREΔ) in C. posadasii risulta in una virulenza attenuata nel modello murino di infezione polmonare. Nei siti di infezione polmonare, le cellule UREΔ non sono in grado di catabolizzare l’urea nel tessuto polmonare e non riescono ad abbassare il pH (pH del tessuto 7.2 per UREΔ contro pH 7.7 per il tipo selvaggio). Inoltre, i topi infettati con il mutante nullo hanno esibito una risposta immunitaria più organizzata con granulomi ben formati che racchiudono le cellule UREΔ. In Cryptococcus neoformans, NIC1 e URE1 contribuiscono all’invasione del cervello. La delezione di uno dei due geni risulta in una diminuita capacità delle cellule di lievito NIC1Δ e URE1Δ di penetrare nel sistema nervoso centrale. URE1 contribuisce anche alla patogenesi di Cryptococcus gattii, che causa principalmente l’infezione polmonare senza una maggiore predilezione per l’invasione del SNC nei modelli animali. C. gattii URE1Δ ha una virulenza attenuata durante l’infezione polmonare, una ridotta capacità di diffondere nel flusso sanguigno e una ridotta replicazione intracellulare all’interno dei macrofagi.

Durante l’infezione polmonare, B. dermatitidis regola le diossigenasi coinvolte nel catabolismo degli aminoacidi. Questo include la 4-idrossifenilpiruvato diossigenasi (4-HPPD, HpdA), l’omogentisato 1,2 diossigenasi (HmgA), l’indoleamina 2,3 diossigenasi (IDO) e la cisteina diossigenasi (CDG). HpdA e HmgA sono conservati tra i funghi dimorfici e sono localizzati su un cluster genico. Anche se il ruolo preciso di HpdA e HmgA non è noto in B. dermatitidis, la ricerca su T. marneffei ha illuminato come questi geni coinvolti nel catabolismo della tirosina influenzano la patogenesi. I mutanti nulli HpdA e HmgA sono ipersensibili allo stress ossidativo e hanno compromesso la germinazione delle spore nel lievito nei macrofagi murini e umani. L’inibizione dell’attività 4-HPPD sembra essere importante per lo spostamento morfologico dipendente dalla temperatura. L’inibizione chimica di 4-HPPD mediante NTBC (2-(2-nitro-4-trifluorometilbenzoil)-cicloesano-1, 3-dione) in T. marneffei e P. brasiliensis blocca la conversione dei conidi o delle ife in lievito dopo un aumento della temperatura da 25°C a 37°C .

Il ruolo della IDO fungina sulla degradazione del triptofano è poco conosciuto; tuttavia, le cellule tumorali upregolano la IDO per degradare il triptofano nel microambiente per eludere le cellule immunitarie dell’ospite. L’infezione polmonare con H. capsulatum e P. brasiliensis induce l’IDO dell’ospite, che riduce la crescita del fungo, inibisce la differenziazione dei linfociti T Th17 e limita l’eccessiva infiammazione dei tessuti.

Oltre alla cisteina diossigenasi (CDG), B. dermatitidis regola la cisteina sintasi A (CSA) e una pompa di efflusso del solfito (SSU1) durante l’infezione polmonare. CSA codifica un enzima coinvolto nella biosintesi della L-cisteina dall’acetil-L-serina. Il CDG scompone la L-cisteina in acido solfonico di L-cisteina che può essere ulteriormente catabolizzato in piruvato e solfito. Il solfito accumulato è potenzialmente tossico per le cellule ed è secreto tramite una pompa di efflusso codificata da SSU1. In C. albicans, la delezione di CDG1 e SSU1 compromette lo sviluppo ifale in presenza di cisteina e CDG1Δ, ma non SSU1Δ, e attenua la virulenza durante l’infezione murina. In dermatofiti come Arthroderma benhamiae, il catabolismo della cisteina in solfito da CDO1 seguita da efflusso di solfito nell’ambiente extracellulare da SSU1 è postulato per promuovere la ripartizione della cheratina per facilitare la crescita fungina. A. benhamiae CDO1 e SSU1 mutanti null hanno compromesso la capacità di crescere su substrati ricchi di cheratina come capelli e unghie. Sulla base di questi dati, vi è la possibilità che la ripartizione della cisteina e la secrezione di solfito potrebbe promuovere la crescita del lievito Blastomyces nella pelle, che è abbondante in cheratina e il sito più comune per la diffusione extrapolmonare.

6. Conclusioni

I funghi termicamente dimorfici sono un gruppo unico di ascomiceti che sono in grado di infettare persone con difese immunitarie intatte e compromesse. La loro capacità di adattarsi alla temperatura corporea centrale (37°C) e di passare alla morfologia del lievito è essenziale per la virulenza. Il passaggio morfologico al lievito è associato all’upregulation di specifici fattori di virulenza che promuovono l’adesione ai tessuti dell’ospite, la crescita e la lisi dei macrofagi, smussano le risposte citochiniche appropriate e compromettono l’immunità cellulo-mediata. La regolazione della transizione reversibile tra ife e lievito richiede che questi funghi si adattino e rispondano a numerosi stimoli tra cui la temperatura, la tensione di CO2 e gli ormoni sessuali. La profilazione trascrizionale in vivo ha iniziato a scoprire geni precedentemente non riconosciuti importanti per la propagazione e la virulenza nell’ospite mammifero.

Conflitti di interesse

L’autore dichiara di non avere conflitti di interesse.