Dimorfism și virulență fungică: Molecular Mechanisms for Temperature Adaptation, Immune Evasion, and In Vivo Survival

Abstract

Fungii dimorfici din punct de vedere termic sunt un grup unic de ciuperci din cadrul phylum-ului Ascomycota care răspund la schimbările de temperatură prin conversia între hife (22-25°C) și drojdie (37°C). Această schimbare morfologică, cunoscută sub numele de tranziție de fază, definește biologia și stilul de viață al acestor ciuperci. Conversia în drojdie în cadrul gazdelor mamifere sănătoase și imunocompromise este esențială pentru virulență. În faza de drojdie, ciupercile dimorfice din punct de vedere termic reglează genele implicate în subminarea apărării imunitare a gazdei. Această trecere în revistă evidențiază mecanismele moleculare care guvernează tranziția de fază și progresele recente în ceea ce privește modul în care tranziția de fază promovează infecția.

1. Introducere

Capacitatea ciupercilor de a trece de la o formă morfologică la alta este larg răspândită în tot regnul fungic și reprezintă o parte fundamentală a biologiei lor. Un mic subset de ciuperci din cadrul filumului Ascomycota este considerat dimorfic, ceea ce se referă la capacitatea de a se converti între două forme morfologice specifice, drojdie și hifa. Aceste ciuperci sunt capabile să infecteze mamiferele, plantele și insectele și pot fi subdivizate în ciuperci dimorfe termice și nontermice . Ciupercile dimorfe termale infectează oamenii și alte mamifere, cum ar fi câinii, pisicile, armadillo și rozătoarele (tabelul 1) . Ciupercile dimorfe termale sunt unice în rândul agenților patogeni fungici, deoarece pot infecta oameni cu apărarea imunitară normală și afectată. Aceasta include agenții etiologici pentru blastomicoză, histoplasmoză, coccidioidomicoză, paracoccidioidomicoză și sporotricoză. În schimb, penicilioza și emonilioza apar la persoanele cu infecție HIV de lungă durată care a evoluat spre SIDA (celule T CD4+/mm3) sau care au imunitatea mediată celulară afectată din alte motive (de exemplu, transplant de organe solide) . Ciupercile dimorfe nontermice pot provoca, de asemenea, infecții la om (de exemplu, Malassezia furfur), dar sunt mai degrabă fitopatogene sau entomopatogene. De exemplu, Ophiostoma novo-ulmi, agentul etiologic al bolii olandeze a ulmului, a distrus milioane de ulmi în Europa și în Statele Unite . Ciuperca „furnicii zombi”, Ophiocordyceps unilateralis, secretă metaboliți care modifică comportamentul furnicilor infectate . Această trecere în revistă se va concentra pe modul în care comutarea morfologică între hifă și drojdie contribuie la virulență, cu accent pe ciupercile dimorfice din punct de vedere termic relevante pentru sănătatea umană.

2. Tranziția de fază

Tranziția morfologică reversibilă între hifă și drojdie, care este cunoscută sub numele de tranziție de fază, este o caracteristică fundamentală a biologiei și a stilului de viață al ciupercilor dimorfe . În sol (22-25°C), aceste ciuperci se dezvoltă sub formă de hife septate care produc conidii. Perturbarea solului prin activități umane, cum ar fi construcțiile sau dezastrele naturale, poate aerosoliza conidii și fragmente de hife. Atunci când sunt inhalate în plămânii calzi ai unei gazde mamifere (37°C), aceste propagule infecțioase se transformă în drojdie patogenă (sau sferule pentru Coccidioides) pentru a provoca pneumonie . Odată ce infecția este stabilită în plămâni, drojdia (sau sferoizii) se poate disemina în alte organe, cum ar fi pielea, oasele sau creierul.

Deși temperatura este stimulul predominant care influențează tranziția de fază – hifă la 22-25°C și drojdie la 37°C, stimulii suplimentari care influențează comutația dimorfică includ tensiunea de dioxid de carbon (CO2), cisteina exogenă și estradiolul. Tensiunea ridicată de CO2 (5% CO2) este necesară pentru ca artroconidia de Coccidioides spp. să germineze în sfere la 37°C și pentru creșterea opțională a drojdiei Histoplasma capsulatum . În plămânul uman, tensiunea de CO2 este de aproximativ 150 de ori mai mare decât în aerul ambiant, ceea ce asigură o cantitate optimă de CO2 pentru tranziția de fază . Ca răspuns la o creștere a temperaturii, respirația mitocondrială încetează la Histoplasma, Blastomyces și Paracoccidioides . Pentru a reactiva respirația și pentru a finaliza trecerea morfologică la drojdie, este necesară absorbția de cisteină exogenă . Producția de 17β-estradiol de către om influențează schimbarea morfologică și creșterea lui Coccidioides și Paracoccidioides, care, la rândul său, modulează severitatea infecției la femei. În prezența 17β-estradiolului, creșterea sferulelor de Coccidioides la 37°C este accelerată, ceea ce poate explica riscul crescut de coccidioidomicoză diseminată la femeile gravide . Mai mult, analiza in vitro a demonstrat că sferele de Coccidioides prezintă o legare saturabilă a 17β-estradiolului . Spre deosebire de Coccidioides, trecerea morfologică de la hifă sau conidii la drojdie în Paracoccidioides este blocată de 17β-estradiol . Într-un model murin de infecție pulmonară, transformarea conidiilor în drojdie este afectată la șoarecii femele, dar nu și la șoarecii masculi . La om, incidența paracoccidioidomicozei este de 11-30 de ori mai mare la bărbații adulți decât la femeile adulte, în ciuda unei frecvențe similare de expunere la Paracoccidioides. Înainte de pubertate, raportul bărbat-femeie este de 1 : 1 .

Aceste observații au determinat investigarea mecanismelor prin care estradiolul și sexul influențează dezvoltarea fungică și răspunsul gazdei. Analiza microarray a expresiei genice a tulpinii P. brasiliensis Pb01 a demonstrat că alterarea conversiei în drojdie la 37°C în prezența 17β-estradiolului a redus transcrierea genelor implicate în semnalizarea celulară (mica GTPază RhoA, palmitoiltransferaza), șocul termic (HSP40, HSP70 și HSP90), sinteza chitinei (chitin-sintetaza) și remodelarea glucanului (β-1,3-glucan-sintetaza, α-1,3-glucan-sintetaza) . Atunci când sunt stimulați cu paracoccin, o proteină de legare a lectinei cu activitate chitinazică, șoarecii femele prezintă un răspuns mai puternic al citokinelor Th1, cu o producție crescută de factor de necroză tumorală alfa (TNF-α), interferon gamma (INF-γ) și interleukină 12 (IL-12), împreună cu o activitate fungicidă crescută a macrofagelor, în comparație cu șoarecii masculi . În urma ooforectomiei și a tratamentului cu testosteron, răspunsul citokinelor a trecut de la Th1 la Th2 la șoarecii femele. Castrarea șoarecilor masculi cuplată cu terapia cu estradiol a favorizat un răspuns de citokine Th1 în locul unui răspuns de citokine Th2 . În mod colectiv, aceste constatări evidențiază importanța hormonilor steroizi sexuali și a sexului asupra dezvoltării fungice și a susceptibilității gazdei.

3. Factorii de virulență în faza de drojdie și subminarea apărării imunitare a gazdei

După ce sunt inhalate în plămâni, conidiile sunt ingerate de macrofage, unde germinează în drojdie (sau sfere pentru Coccidioides) și se replică. Histoplasma capsulatum, Coccidioides immitis și posadasii, Sporothrix schenckii, Paracoccidioides brasiliensis și lutzii și Talaromyces marneffei se replică în interiorul și în afara celulelor imunității înnăscute . În mod tradițional, se credea că Blastomyces spp. sunt exclusiv extracelulare; cu toate acestea, cercetările recente demonstrează că conidiile B. dermatitidis ingerate de macrofage supraviețuiesc și se transformă în drojdie .

În timpul tranziției de fază, ciupercile dimorfice din punct de vedere termic reglează în sens ascendent genele specifice fazei de drojdie, inclusiv Blastomyces adhesion-1 (BAD-1), calcium-binding protein-1 (CBP1), yeast-phase specific-3 (YPS3) și spherule outer wall glycoprotein (SOWgp) pentru a submina în mod activ apărarea imunitară a gazdei. B. dermatitidis și B. gilchristii exprimă BAD1 (fostă WI-1), o proteină secretată de 120 kDA, multifuncțională, care servește drept aderență și evazivă imunitară. BAD1 secretată se leagă înapoi la suprafața celulei de drojdie prin interacțiuni cu chitina și, de asemenea, rămâne solubilă în mediul extracelular . BAD1 legat de suprafața celulară leagă drojdia de celulele gazdă prin intermediul receptorilor complementului (CR3, CD14) și al heparan sulfatului pentru a promova aderența celulei de drojdie la celulele gazdă. BAD-1 legat de suprafața celulelor de drojdie inhibă producția de TNF-α de către macrofage și neutrofile într-o manieră dependentă de factorul de creștere transformator-β (TGF-β) . În schimb, BAD-1 solubil blochează producția de TNF-α independent de TGF-β . TNF-α este o citokină critică pentru o apărare adecvată a gazdei împotriva ciupercilor dimorfe. Neutralizarea TNF-α într-un model murin de infecție are ca rezultat blastomicoza pulmonară progresivă . Mai mult, în 2008, Food and Drug Administration (FDA) a emis un avertisment privind riscul crescut de histoplasmoză, blastomicoză și coccidioidomicoză pentru persoanele care iau inhibitori TNF-α pentru tratamentul tulburărilor autoimune (de exemplu, artrita reumatoidă și boala Crohn) . În plus față de afectarea producției de TNF-α, BAD1 afectează, de asemenea, răspunsul imunitar adaptativ prin inhibarea activării limfocitelor T CD4+, ceea ce scade producția de IL-17 și INF-γ . Activitățile de aderență și imunomodulatoare ale BAD1 sunt esențiale pentru patogeneza Blastomyces. Eliminarea BAD1 face ca drojdia Blastomyces să devină avirulentă în modelul murin de infecție pulmonară. În plus față de BAD1, Blastomyces dermatitidis secretă o dipeptidil-peptidază IVA (DppIVA) pentru a modula imunitatea gazdei. DppIV este o serin protează care scindează GM-CSF, o citokină puternică care activează macrofagele și neutrofilele pentru a distruge ciupercile . Suprimarea DppIVA prin interferență ARN (ARNi) reduce supraviețuirea drojdiei B. dermatitidis în cocultură cu macrofage și neutrofile activate de GM-CSF . Mai mult, tulpinile DppIVA-RNAi au o virulență atenuată în timpul infecției pulmonare . Spre deosebire de B. dermatitidis, H. capsulatum DppIVA nu este detectată la nivel extracelular și nu contribuie la virulență.

Analogă cu BAD1, Coccidioides SOWgp este localizată la suprafața celulei sferice și este un factor important de virulență. SOWgp facilitează legarea sferoidelor la proteinele din matricea extracelulară (ECM) a gazdei, inclusiv laminina, fibronectina și colagenul . Eliminarea SOWgp (SOWgp∆) la Coccidioides afectează aderența sferulelor la proteinele ECM și are ca rezultat o virulență atenuată într-un model murin de infecție pulmonară .

În H. capsulatum, CBP1 este un factor de virulență secretat care promovează replicarea intracelulară a drojdiei . CBP1 se leagă de calciu, există sub formă de homodimer, este rezistent la degradarea proteazei și este înrudit structural cu un grup de proteine de legare a lipidelor membranare cunoscute sub numele de sapozine . CBP1 secretată de drojdia H. capsulatum intracelulară induce apoptoza și liza macrofagelor prin inducerea transcrierii caspaselor celulei gazdă, a factorilor de transcripție (NUPR1/p8, TRB3) și a genelor implicate în stresul reticulului endoplasmatic (ER) . Astfel, liza macrofagelor este un proces activ dirijat de ciupercă și nu se datorează încărcăturii fungice intracelulare ridicate. Similar cu BAD1, CBP1 este un factor de virulență esențial. Mutanții nuli ai CBP1 (CBP1Δ) nu sunt capabili să inducă apoptoza macrofagelor și sunt avirulenți în modelul murin de infecție pulmonară . În plus față de CBP1, H. capsulatum secretă YPS3, care se leagă la chitina din peretele celular al drojdiei și facilitează diseminarea extrapulmonară în ficat și splină.

În timpul trecerii morfologice de la hifă la drojdie sau de la conidii la drojdie, ciupercile dimorfe suferă o remodelare amplă a peretelui celular, inclusiv a compoziției de glucan. Reorganizarea conținutului de glucan are potențialul de a împiedica recunoașterea modelelor moleculare asociate agenților patogeni (PAMP) de către celulele imune ale gazdei. În timpul schimbării morfologice, cantitatea de β-(1,3)-glucan din peretele celular al Blastomyces și Paracoccidioides scade de la ≈40% în hifă la ≈5% în drojdie . Reducerea cantității de β-(1,3)-glucan din peretele celular al drojdiei poate limita recunoașterea acestuia de către dectina-1 din celulele imunității înnăscute și de către lectinele care se leagă de mannoză . În schimb, H. capsulatum nu reduce β-(1,3)-glucanul din celulele de drojdie, ci mai degrabă folosește α-(1,3)-glucanul ca un „scut” pentru a bloca recunoașterea dectin-1 a β-(1,3)-glucanului . Astfel, ciupercile dimorfe utilizează strategii multiple, inclusiv factori de virulență secretați și modificarea peretelui celular al drojdiei, pentru a submina apărarea imunitară a gazdei în vederea stabilirii infecției, inclusiv la persoanele cu un sistem imunitar intact.

Capacitatea ciupercilor dimorfe din punct de vedere termic de a submina apărarea imunitară a gazdei nu este 100% eficientă. Gazda poate să organizeze un răspuns imunitar pentru a opri progresia infecției. Studiile epidemiologice au demonstrat că ≈50% dintre persoanele expuse la Blastomyces spp. dezvoltă o infecție simptomatică, în timp ce ≈50% prezintă o infecție asimptomatică sau subclinică . În mod similar, inhalarea de Histoplasma capsulatum, Coccidioides spp. și Paracoccidioides spp. are ca rezultat o infecție simptomatică la <10%, 33-50% și, respectiv, <5% din persoanele sănătoase . Apărările imunitare intacte, înnăscute și adaptative, împreună cu capacitatea de a „mura” drojdia în granuloame sunt esențiale pentru apărarea gazdei împotriva infecției. În urma transformării conidiei în drojdie, celulele dendritice și macrofagele interacționează cu celulele de drojdie și le înghit. Analiza expresiei genice a celulelor dendritice care au fagocitat drojdia P. brasiliensis a demonstrat o creștere a transcriptelor implicate în generarea unui răspuns imunitar protector, inclusiv TNF-α, IL-12 și chemokine (CCL22, CCL27 și CXCL10). În plus, receptorul dectin-1 a fost suprareglementat, care induce fagocitoza, generarea de specii reactive de oxigen și citokine și chemokine proinflamatorii ca răspuns la legarea β-(1,3)-glucanului . Chimiokinele favorizează migrarea leucocitelor către focarele de infecție . În mod similar, macrofagele infectate cu P. brasiliensis induc, de asemenea, un răspuns proinflamator cu o creștere a TNF-α, a chemokinelor (CCL21, CCL22, CXCL4, CXC11 și CXCL14) și a kinazelor (IRAK2) . Aceste constatări evidențiază capacitatea apărării imunitare de a limita impactul factorilor de virulență fungici.

4. Reglarea tranziției de fază

Tranziția de la hife sau conidii la drojdie la 37°C este esențială pentru virulență. Descoperirea unei histidino-kinaze hibride codificate de DRK1 la Blastomyces și Histoplasma a oferit prima dovadă genetică a faptului că trecerea morfologică la drojdie este direct legată de virulență . Tulpinile cu DRK1 nul (DRK1Δ), mutantele de inserție și tulpinile reduse la tăcere prin interferență cu ARN (ARNi-) cresc sub formă de hife la 37°C în loc de drojdie, nu reușesc să reglementeze factorii de virulență specifici fazei de drojdie, cum ar fi BAD1 și CBP1, și sunt avirulente într-un model murin de infecție. Funcția DRK1 este conservată în rândul ciupercilor dimorfice din punct de vedere termic. La T. marneffei, DRKA (un omolog al DRK1) este esențial pentru conversia conidiei în drojdie în macrofage . La Sporothrix, Paracoccidioides și T. marneffei, abundența transcripției DRK1 este mai mare în drojdie (37°C) decât în hife (25°C) . Se preconizează că DRK1 funcționează ca parte a cascadei de semnalizare a glicerolului de înaltă osmolaritate (HOG), care facilitează adaptarea la stresul osmotic, oxidativ și de temperatură . În consecință, transcrierea DRK1 este, de asemenea, crescută ca răspuns la stresul osmotic la Paracoccidioides și T. marneffei . În plus față de facilitarea adaptării la temperatura și stresul osmotic, DRK1 influențează, de asemenea, integritatea peretelui celular .

Reglarea schimbării morfologice este complexă și nu se limitează la DRK1. Factorii de transcripție codificați de RYP1-4 (necesari pentru faza de drojdie) guvernează, de asemenea, tranziția de fază și reglează un set de gene specifice fazei de drojdie implicate în virulența la 37°C. Acești factori de transcripție sunt reglați la 37°C și sunt conservați în rândul ciupercilor dimorfe și filamentoase. RYP1 este un omolog al regulatorului principal WOR1 din C. albicans, în timp ce RYP2 și RYP3 fac parte din complexul velvet, VosA și, respectiv, VelB. RYP4 este o proteină Zn(II)2Cys6 din domeniul clusterului binuclear de zinc care este omologă cu FacB din A. nidulans; cu toate acestea, nu pare să fie implicată în utilizarea acetatului. Acești factori de transcripție formează o rețea integrată în care se leagă direct și reglează un set comun de gene de bază, inclusiv cele importante pentru virulență, cum ar fi CBP1 și YPS3 . Reducerea la tăcere a transcripției RYP1-4 are ca rezultat celule care nu reușesc să treacă în mod corespunzător prin tranziția de fază și se dezvoltă sub formă de hife la 37°C.

Schimbarea morfologică în direcția opusă, de la drojdie la hife, este, de asemenea, importantă pentru patogeneză. Creșterea sub formă de hife favorizează supraviețuirea în mediu, generarea de conidii pentru a facilita transmiterea la noi gazde și diversitatea genetică prin împerechere . B. dermatitidis SREB și H. capsulatum SRE1 codifică un factor de transcripție GATA care guvernează tranziția la hife în urma unei scăderi a temperaturii de la 37°C la 22-25°C . Mutanții nuli ai SREB (SREBΔ) și tulpinile SRE1-RNAi nu reușesc să finalizeze conversia în hife . Rolul acestui factor de transcripție GATA în adaptarea la temperatură este conservat la alte ciuperci. Un omolog al SREB și SRE1 din C. neoformans, CIR1, este esențial pentru termotoleranța la 37°C . La B. dermatitidis, defectul în schimbarea morfologică corespunde unei scăderi a biosintezei lipidelor neutre (ergosterol, triacilglicerol) și a picăturilor lipidice . Suplimentarea cu acizi grași saturați exogeni (acid palmitic, 16 : 0, și acid stearic, 18 : 0) a corectat parțial defectele în morfogeneză și formarea picăturilor lipidice . Acest lucru sugerează că metabolismul lipidelor neutre trebuie să influențeze în mod potențial tranziția de fază către hifă la temperatura ambiantă. SREB și SRE1 acționează, de asemenea, ca regulatori negativi ai genelor implicate în biosinteza sideroforilor și în absorbția de fier; cu toate acestea, acest rol pare să fie independent de tranziția de fază . La H. capsulatum, suprimarea VMA1, care codifică o ATPază vacuolară implicată în homeostazia intracelulară a fierului, are ca rezultat celule care nu reușesc să se transforme în hife la 25°C. Acest lucru indică posibilitatea ca metabolismul fierului care nu este reglementat de SREB să afecteze schimbarea morfologică dependentă de temperatură. La T. marneffei, conversia în hife și menținerea morfologiei filamentoase la 25°C sunt guvernate de factorii de transcripție codificați de HGRA și, respectiv, TUPA. În plus față de regulatorii transcripționali, N-acetilglucozamina (GlcNAc) accelerează conversia din drojdie în hife la B. dermatitidis și H. capsulatum prin intermediul transportatorilor transmembranari NGT1 și NGT2 .

5. Profilarea transcripțională in vivo

Utilizarea strategiilor genetice directe, cum ar fi mutageneza inserțională, a avansat substanțial în domeniul micologiei medicale în ceea ce privește ciupercile dimorfe din punct de vedere termic. Acest lucru a dus la descoperirea unor noi gene și rețele de gene care reglează tranziția de fază (de exemplu, DRK1, RYP1-3 și SREB). În epoca studiilor de asociere la nivel de genom, un rezervor neexploatat pentru descoperirea de noi gene sau rețele de gene în ciupercile dimorfice este profilarea transcripțională a drojdiei în timpul infecției. Pentru a identifica genele importante pentru patogenitate, profilarea transcripției in vivo a fost realizată pentru tulpina 26199 de Blastomyces dermatitidis folosind un model murin de infecție pulmonară . A fost dezvoltată o tehnică nouă, în două etape, pentru a separa eficient drojdia B. dermatitidis din țesutul pulmonar murin pentru a obține ARN de înaltă calitate pentru secvențierea ARN (RNA-Seq) . Pentru a identifica genele B. dermatitidis cu transcripție modificată independent de temperatură sau de alte condiții, profilul transcripțional al drojdiilor izolate din plămânii de șoarece a fost comparat cu cel al drojdiilor cocultivate cu macrofage la 37°C, al drojdiilor cultivate in vitro fără macrofage derivate din măduva osoasă la 37°C și al hifelor la 22°C, utilizând analiza clusterului K-means . Această analiză a identificat 72 de gene care au fost suprareglementate in vivo de >2 ori și care au fost independente de temperatură, de cocultura cu macrofage și de condițiile de mediu. Un subset al acestor gene le-a inclus pe cele care codifică proteinele secretate în mediul extracelular, captarea și transportul cationilor metalici și metabolismul aminoacizilor .

Genele implicate în achiziția de zinc sunt upregulate de drojdia B. dermatitidis în timpul infecției pulmonare. Aceasta include un zincofor (PRA1/ZPS1), un transportor de zinc de mare afinitate (ZRT1) și un transportor de zinc de mică afinitate (ZRT2) . La Candida albicans, PRA1 este secretat în mediul extracelular pentru a lega zincul și a-l livra ciupercii prin interacțiunea sa cu ZRT1 la suprafața celulară . La C. albicans, Aspergillus fumigatus și Ustilago maydis, PRA1 și ZRT sunt corelați și sintenici. Deși PRA1 și ZRT1 par să fie coreglate la Blastomyces, aceste gene nu sunt sintenice. În mod surprinzător, PRA1 nu este bine conservată între ciupercile dimorfe și este absentă din genomurile de H. capsulatum, Paracoccidioides spp. și Emmonsia; cu toate acestea, omologii sunt prezenți la Coccidioides. La C. albicans, se presupune că PRA1 are un impact asupra patogenezei. Eliminarea PRA1 are ca rezultat mutanți care au o capacitate redusă de a liza celulele endoteliale în condiții de lipsă de zinc. Impactul PRA1 în timpul infecției in vivo nu a fost încă investigat.

În plus față de creșterea mecanismelor de captare a zincului in vivo, B. dermatitidis crește transcrierea NIC1, care codifică un transportor de nichel . Nichelul este necesar pentru buna funcționare a ureazei, o enzimă care catalizează conversia ureei în amoniac și CO2. Ureea se găsește în țesuturile mamiferelor ca produs al catabolismului nucleotidelor purinice . La Coccidioides, ureaza este eliberată din sfere în timpul replicării și deteriorează țesuturile prin producerea de amoniac, care alcalinizează micro-mediul . Ștergerea genei ureazei (UREΔ) la C. posadasii duce la o virulență atenuată în modelul murin de infecție pulmonară. La locurile de infecție pulmonară, celulele UREΔ sunt incapabile să catabolizeze ureea în țesutul pulmonar și nu reușesc să scadă pH-ul (pH tisular 7,2 pentru UREΔ față de pH 7,7 pentru tipul sălbatic). Mai mult, șoarecii infectați cu mutantul nul au prezentat un răspuns imunitar mai organizat, cu granuloame bine formate care înglobează celulele UREΔ . La Cryptococcus neoformans, NIC1 și URE1 contribuie la invazia creierului. Ștergerea oricăreia dintre gene duce la scăderea capacității celulelor de drojdie NIC1Δ și URE1Δ de a pătrunde în sistemul nervos central . URE1 contribuie, de asemenea, la patogeneza Cryptococcus gattii, care provoacă în principal infecții pulmonare fără o predilecție crescută pentru invazia SNC în modelele animale . C. gattii URE1Δ au o virulență atenuată în timpul infecției pulmonare, o capacitate redusă de diseminare în fluxul sanguin și o replicare intracelulară afectată în macrofage .

În timpul infecției pulmonare, B. dermatitidis upreglează dioxigenazele implicate în catabolismul aminoacizilor . Aceasta include 4-hidroxifenilpiruvatul dioxigenaza (4-HPPD, HpdA), omogentisat 1,2-dioxigenază (HmgA), indolamină 2,3-dioxigenază (IDO) și cisteină dioxigenază (CDG). HpdA și HmgA sunt conservate în rândul ciupercilor dimorfe și sunt localizate pe un grup de gene . Deși rolul precis al HpdA și HmgA nu este cunoscut la B. dermatitidis, cercetările asupra T. marneffei au evidențiat modul în care aceste gene implicate în catabolismul tirozinei influențează patogeneza. Mutanții nuli HpdA și HmgA sunt hipersensibili la stresul oxidativ și prezintă o germinație deficitară a sporilor la drojdie în macrofagele murine și umane . Inhibarea activității 4-HPPD pare a fi importantă pentru schimbarea morfologică dependentă de temperatură. Inhibarea chimică a 4-HPPD prin NTBC (2-(2-(2-nitro-4-trifluorometilbenzoil)-ciclohexan-1,3-dionă) la T. marneffei și P. brasiliensis blochează transformarea conidiei sau a hifelor în drojdie în urma unei creșteri a temperaturii de la 25°C la 37°C .

Rolul IDO fungice asupra degradării triptofanului este slab înțeles; cu toate acestea, celulele tumorale cresc IDO pentru a degrada triptofanul în micro-mediu pentru a scăpa de celulele imunitare ale gazdei . Infecția pulmonară cu H. capsulatum și P. brasiliensis induce IDO gazdă, care reduce creșterea fungică, inhibă diferențierea limfocitelor T Th17 și limitează inflamația excesivă a țesuturilor .

Pe lângă cisteină dioxigenaza (CDG), B. dermatitidis reglează pozitiv cisteină sintetaza A (CSA) și o pompă de eflux de sulfit (SSU1) în timpul infecției pulmonare . CSA codifică o enzimă implicată în biosinteza L-cisteinei din acetil-L-serină. CDG descompune L-cisteina în acid L-cisteină sulfonic, care poate fi catabolizat ulterior în piruvat și sulfit. Sulfitul acumulat este potențial toxic pentru celule și este secretat prin intermediul unei pompe de eflux codificate de SSU1. La C. albicans, deleția CDG1 și SSU1 afectează dezvoltarea hifelor în prezența cisteinei și a CDG1Δ, dar nu și a SSU1Δ, și atenuează virulența în timpul infecției murine. La dermatofiți, cum ar fi Arthroderma benhamiae, se presupune că catabolismul cisteinei în sulfit de către CDO1, urmat de efluxul de sulfit în mediul extracelular de către SSU1, promovează descompunerea cheratinei pentru a facilita creșterea fungică . A. benhamiae CDO1 și SSU1 mutanți nuli CDO1 și SSU1 au o capacitate redusă de a se dezvolta pe substraturi bogate în cheratină, cum ar fi părul și unghiile . Pe baza acestor date, există potențialul ca descompunerea cisteinei și secreția de sulfiți să favorizeze creșterea drojdiei Blastomyces în piele, care este abundentă în cheratină și cel mai frecvent loc de diseminare extrapulmonară.

6. Concluzii

Micozele dimorfe termic sunt un grup unic de ascomicete care sunt capabile să infecteze persoane cu apărarea imunitară intactă și afectată. Capacitatea lor de a se adapta la temperatura corpului central (37°C) și de a trece la morfologia drojdiei este esențială pentru virulență. Trecerea morfologică la stadiul de drojdie este asociată cu reglarea în sus a unor factori de virulență specifici care favorizează aderența la țesuturile gazdei, creșterea și liza macrofagelor, reducerea răspunsului adecvat al citokinelor și afectarea imunității mediate de celule. Reglarea tranziției reversibile între hifă și drojdie necesită ca aceste ciuperci să se adapteze și să răspundă la numeroși stimuli, inclusiv temperatura, tensiunea CO2 și hormonii sexuali. Profilarea transcripțională in vivo a început să descopere gene nerecunoscute anterior, importante pentru propagarea și virulența în gazda mamiferelor.

Conflicte de interese

Autorul declară că nu are conflicte de interese.

.