Identificazione dei geni metabolici del glutatione da un fungo dimorfico Talaromyces marneffei e dei loro modelli di espressione genica in diverse condizioni ambientali

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13888 (2023) Citare questo articolo

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Talaromyces marneffei è un patogeno fungino umano che causa infezioni opportunistiche endemiche, soprattutto nel sud-est asiatico. I principali fattori di virulenza di T. marneffei sono la capacità di sopravvivere al calore e allo stress ossidativo derivati ​​dall'ospite e la capacità di convertire la morfologia dalla muffa ambientale alle forme di lievito di fissione durante l'infezione. Il metabolismo del glutatione svolge un ruolo essenziale nella risposta allo stress e nello sviluppo cellulare in più organismi. Tuttavia, il ruolo del sistema del glutatione in T. marneffei è sfuggente. Qui, abbiamo identificato i geni che codificano per i principali enzimi associati al metabolismo del glutatione in T. marneffei, inclusi gli enzimi biosintetici del glutatione (Gcs1 e Gcs2), la glutatione perossidasi (Gpx1), la glutatione reduttasi (Glr1) e una famiglia di glutatione S-transferasi (Gst ). La ricerca per omologia di sequenza ha rivelato una famiglia estesa di proteine ​​TmGst, composta da 20 TmGst che potrebbero essere suddivise in diverse classi. L'analisi dell'espressione ha rivelato che le cellule nelle fasi di conidi, muffe e lievito mostravano profili di espressione distinti dei geni correlati al glutatione. Inoltre, i geni TmGst erano altamente sovraregolati in risposta al perossido di idrogeno e all’esposizione agli xenobiotici. Complessivamente, i nostri risultati suggeriscono che T. marneffei regola trascrizionalmente i geni del glutatione in condizioni di stress in modo specifico per il tipo di cellula. Questo studio potrebbe aiutare a comprendere il ruolo del glutatione nel dimorfismo indotto dal calore e nella risposta allo stress.

La talaromicosi è causata dal Talaromyces marneffei, un patogeno fungino opportunistico emergente endemico dei paesi delle zone tropicali e subtropicali dell'Asia, come Cina, Taiwan, Hong Kong, Tailandia, Laos, Vietnam e India nordorientale1,2,3. Gli ecosistemi di queste aree sono solitamente associati ad un'elevata umidità, che potrebbe favorire l'espansione del serbatoio fungino nell'ambiente4. Nelle aree endemiche si contano circa 173.000 casi di talaromicosi con 4.900 decessi associati che si verificano ogni anno4. Talaromyces marneffei infetta principalmente individui immunocompromessi e le infezioni sono strettamente legate alle persone che vivono in aree rurali povere dove sono esposte a raccolti, bestiame e suolo. Infatti, il rischio di sviluppare talaromicosi era del 70-90% più elevato negli agricoltori rispetto ai non agricoltori5. Nel complesso, la talaromicosi è associata ad elevata mortalità e morbilità e i fattori predisponenti sono strettamente legati all’indebolimento del sistema immunitario.

T. marneffei è un fungo dimorfico termico che cresce come ife filamentose a temperatura ambiente (25 °C) e subisce il passaggio morfologico alla forma di lievito alla temperatura del corpo umano (37 °C)6. I conidi, le spore asessuate infettive provenienti dall'ambiente, possono essere inalati nei polmoni di un paziente e successivamente fagocitati dai macrofagi alveolari, dove i conidi passano alle cellule di lievito patogene e causano infezioni7,8. All'interno dei macrofagi, T. marneffei cresce come lievito di fissione, ma nell'ambiente extracellulare apparirà come una cellula di lievito simile agli artroconidi. I meccanismi che controllano il dimorfismo sono ancora poco compresi. Sono stati parzialmente identificati numerosi fattori coinvolti nella morfogenesi e nella transizione di fase9,10. Ad esempio, questi fattori sono correlati alla regolazione trascrizionale, alla segnalazione della proteina G e alle chinasi11. Pertanto, sono urgentemente necessari ulteriori studi per identificare i principali regolatori che orchestrano il processo di commutazione dimorfica.

Uno dei fattori patogeni chiave è il sistema antiossidante. Durante l'infezione, le cellule immunitarie dell'ospite generano le specie reattive dell'ossigeno (ROS) e le specie reattive dell'azoto (RNS) per uccidere gli agenti patogeni invasori12,13,14,15. In risposta allo stress ossidativo derivato dall'ospite, T. marneffei attiva la via di segnalazione MAPK e diversi fattori di trascrizione per generare proteine ​​antiossidanti, che alla fine vengono utilizzate per neutralizzare i ROS/RNS16 generati dall'ospite. Queste molecole antiossidanti includono la superossido dismutasi (sodA), la catalasi-perossidasi (cpeA) e la glutatione perossidasi (gpx1) che sono sovraregolate nella forma di lievito patogeno17,18,19. È stato dimostrato che sodA e cpeA erano elevati precocemente, 2 ore dopo la fagocitosi17,18. Inoltre, il mutante di delezione cpeA ha mostrato una ridotta tolleranza al perossido di idrogeno, suggerendo il suo ruolo antiossidante in questo fungo18. Questi studi pionieristici hanno indicato che i sistemi antiossidanti contribuiscono in modo significativo alla capacità di questo fungo di sopravvivere all’interno del macrofago ospite, e quindi al successo di T. marneffei nella patogenesi.