O Catabolismo da Prolina Mitocondrial Ativa a Filamentação

O catabolismo da prolina mitocondrial ativa a filamentação induzida por Ras1 / cAMP / PKA em Candida albicans

Abstrato

Os aminoácidos estão entre os primeiros indutores identificados de transições de levedura em hifas em Candida albicans, um patógeno fúngico oportunista de humanos. Aqui, mostramos que os aminoácidos morfogênicos arginina, ornitina e prolina são internalizados e metabolizados nas mitocôndrias através de um PUT1 - e PUT2 Caminho dependente que resulta em produção de ATP aprimorada. Níveis elevados de ATP correlacionam-se com a ativação da via Ras1 / AMPc / PKA e expressão gênica induzida por Efg1. A magnitude da filamentação induzida por aminoácidos está ligada à disponibilidade de glicose; altos níveis de glicose reprimem a função mitocondrial, assim amortecendo a filamentação. Além disso, a morfogênese induzida pela arginina ocorre mais rapidamente e independentemente da degradação da uréia catalisada por Dur1,2, indicando que o ATP gerado pela mitocôndria, e não o CO 2é o sinal morfogênico primário derivado do metabolismo da arginina. O importante papel do sensor SPS dos aminoácidos extracelulares na morfogênese é conseqüência da expressão gênica induzida de aminoácidos permease, ou seja, a ativação do sensor SPS aumenta a capacidade das células de absorver aminoácidos morfogênicos, requisito para seu catabolismo. Células de C. albicans engolfadas por filamentos de macrófagos murinos, resultando em lise de macrófagos. As células put1 - / - e put2 - / - fagocitadas não têm filamento e exibem viabilidade reduzida, consistente com um papel crítico do metabolismo da prolina mitocondrial na virulência.

Resumo do autor

Candida albicans é um patógeno fúngico oportunista que existe como um membro benigno do microbioma humano. A imunossupressão, ou disbiose microbiana, pode predispor um indivíduo à infecção, permitindo que esse fungo evite as células imunes inatas e inicie um espectro de patologias, incluindo infecções invasivas mucocutâneas superficiais ou mesmo letais. O crescimento infeccioso é atribuído a uma série de características de virulência, sendo uma das principais a capacidade de mudar morfologias de células redondas semelhantes a leveduras a hifas alongadas. Aqui nós relatamos que o catabolismo prolina mitocondrial é necessário para induzir o crescimento de hifas de células de C. albicans em fagossomas de macrófagos englobantes, o que é fundamental para evitar a morte por macrófagos. A descoberta de que o catabolismo da prolina, também necessário para a utilização de arginina e ornitina, é necessário para sustentar as demandas energéticas do crescimento das hifas enfatiza o papel central das mitocôndrias na virulência dos fungos. Em contraste com o dogma existente, mostramos que em C. albicans, a função mitocondrial está sujeita à repressão da glicose, os sinais induzidos por aminoácidos são estritamente dependentes do Ras1 e o sensor SPS é o principal sensor de aminoácidos extracelulares. Os resultados fornecem um exemplo claro de como as células de C. albicans percebem e respondem aos nutrientes do hospedeiro para garantir a absorção adequada de nutrientes e sobrevivência.

Introdução

A Candida albicans é um patógeno fúngico oportunista que comumente existe como um membro benigno do microbioma humano. A imunossupressão, ou disbiose microbiana, pode predispor um indivíduo à infecção, permitindo que este fungo inicie e desenvolva um espectro de patologias, incluindo infecções invasivas mucocutâneas superficiais ou mesmo letais [ 1 , 2 ]. Como um comensal humano, C. albicans podem colonizar de forma assintomática praticamente todos os sítios anatômicos do hospedeiro, cada um com um microambiente característico e único, com diferentes composições de nutrientes e microbiomas, propriedades físicas e níveis de defesa imunológica inata [ 3 ] . A capacidade de colonizar e infectar microambientes discretos é atribuída a uma série de características de virulência, sendo uma das principais a sua plasticidade morfológica. Como um organismo pleomorfo, os C. albicans podem assumir pelo menos três morfologias distintas: levedura, pseudo-hifas e hifas verdadeiras, onde as duas últimas são comumente chamadas de morfologias filamentosas (para revisão ver [ 4 - 7 ]). As cepas que são geneticamente bloqueadas em leveduras ou formas filamentosas não conseguem montar infecções in vitro e in vivo, apoiando o conceito de que a mudança morfológica, em vez da morfologia específica em si, é um requisito para a virulência [4 , 6 , 8 - 10 ]. Os sinais ambientais conhecidas para desencadear morfogénese em C. albicans refletem as condições dentro do hospedeiro humano, tais como a temperatura (37 ° C), CO 2 , pH alcalino, a presença de soro, N-acetilglucosamina, e um conjunto discreto de aminoácidos.

Estudos iniciais examinando a morfogênese induzida por aminoácidos implicaram o metabolismo como sendo importante para a filamentação, e os efeitos indutores mostraram correlacionar-se ao ponto de entrada específico no metabolismo [ 11 - 13 ]. Os indutores mais potentes de filamentação são os aminoácidos que são catabolizados para o glutamato, como a arginina e a prolina, que entram no ciclo do TCA via α-cetoglutarato. É importante ressaltar que a arginina e a prolina podem fornecer nitrogênio e carbono para o metabolismo intermediário e seu catabolismo fornece energia para suportar diversas funções celulares. Estudos que examinaram a captação e distribuição de prolina durante o crescimento filamentoso sugeriram que o catabolismo da prolina resulta em um aumento no potencial de redução celular, ou seja, níveis aumentados de flavoproteínas reduzidas foram observados [11 ]. Várias das conclusões destes estudos anteriores, em particular, que o crescimento filamentosa de C . albicans está ligada à repressão da atividade mitocondrial [ 11 - 13 ], parece entrar em conflito com relatos mais recentes mostrando que a filamentação é dependente da atividade respiratória mitocondrial [ 14 - 18 ]. Claramente, os mecanismos subjacentes através dos quais os aminoácidos induzem a filamentação continuam a ser definidos. Em particular, a base da morfogênese induzida por arginina e prolina precisa ser colocada no contexto da compreensão mecanicista atual das cascatas de sinalização implicadas na morfogênese.

Entre as vias de sinalização metabólicas centrais em C. albicans ligados à morfogênese, os mais bem caracterizados são a proteína quinase ativada por mitógeno (MAPK) e os sistemas de sinalização adenosina monofosfato 3'-5'-cíclico / Proteína Quinase A (cAMP / PKA), que ativam os fatores de transcrição Cph1 e Efg1, respectivamente [ 8 , 19 , 20 ], revisado em [ 4 , 7 , 21 , 22 ]. Ras1 é uma pequena GTPase necessária para sinalização adequada de MAPK e AMPc / PKA, e especificamente para a indução de filamentação por aminoácidos e soro [ 23 , 24 ], revisada em [ 22, 25 ]. Recentemente, Grahl et al. propuseram que os níveis intracelulares de ATP e o aumento da atividade mitocondrial controlam a ativação da via Ras1 / AMPc / PKA [ 14 ]. Neste intrigante modelo, a adenil ciclase (Cyr1 / Cdc35) funciona cooperativamente em um ciclo de retroalimentação positiva com ATP como entrada principal. Consequentemente, o ATP promove a ligação de Cyr1 forma de Ras1 ligada a GTP ativo, reduzindo assim a capacidade de Ira2 estimular a atividade de GTPase intrínseca de Ras1. Como consequência, a atividade aumentada de Cyr1 leva a níveis elevados de cAMP e amplificação da sinalização dependente de PKA, ativando o fator de transcrição efetor Efg1 e a expressão dos genes necessários para o crescimento filamentoso [ 26 - 28 ], revisado em [ 22 ,25 , 29 , 30 ].