Oxidative stress response in the emerging pathogens Sporothrix schenckii sensu stricto and Sporothrix brasiliensis

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T20:54:24Z No. of bitstreams: 1 Ivy Ortega Medeiros Zanon da Silva Tese completa.pdf: 7446607 bytes, checksum: 2bf44304051d01fc1a91f4dc593a32ba (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T20:54:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ivy Ortega Medeiros Zanon da Silva Tese completa.pdf: 7446607 bytes, checksum: 2bf44304051d01fc1a91f4dc593a32ba (MD5) Previous issue date: 2017-02-23 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Until the last decade, Sporothrix schenkii was known as the only etiological agent of animal and human sporotrichosis. By 2007, it was described at least three other pathogenic species composing the Sporothrix schenckii complex. In Rio de Janeiro, S. schenckii sensu stricto and S. brasiliensis represent the two most relevant epidemiological species, with the last one associated with the zoonotic transmission by felines. This mode of transmission affects already all the South/Southeast regions of Brazil. One of the most relevant aspects on the study of mycosis is to understand how fungal pathogens can survive in the host, using the mechanisms of evasion against the innate immunological system. One of the most important fungicidal strategies of the host is the generation of reactive species of oxygen by the innate immune defense cells. It s known that infections caused by S. brasiliensis are usually more aggressive than the ones caused by S. schenckii s. str.. The aim of this work was to analyze and to compare the capacity of both resist against the oxidative stress. Moreover, we prospected signaling pathways that participate of this response. S. schenckii s. str. and S. brasiliensis present different susceptibilities to the oxidative stress, as S. brasiliensis prove to be more resistant to the oxidative stress caused by hydrogen peroxide and menadione. We had analyzed and compared sequences of important genes, components of signaling pathways of the transcription factor AP-1 and of the MAPK Hog1, already related to oxidative stress response in other fungi, as Candida albicans. By using in silico analyzes of the genome, we observed that S. schenckii s. str. and S. brasiliensis have an AP-1 orthologue sequence to other fungal species and also genes related to antioxidant proteins that can be regulated to AP-1. The gene encoding the AP-1 protein was sequenced and translated in silico with characteristic motifs and residues. This analysis shown that the SsAP1 (for S. schenckii s. srt.) and SbAP1 (for S. brasiliensis) amino acid sequence of AP1 presented no differences. AP-1 regulates antioxidant enzymes, and the expression and activity of SOD or catalase were also unchanged in both species after stress induced by hydrogen peroxide. Also, these two species have an orthologue sequence of Hog1, a MAPK pathway involved in stress response in fungi. Comparing the Sporothrix spp. sequences with other fungi revealed possible modifications in the aminoacid sequences of S. brasiliensis. This putative alteration might be related to the resistance phenotype against oxidative stress, demonstrated in S. brasiliensis. It was observed the phosphorylation of the TGY motif of Hog1 of S. schenckii s. str., however, no differences was detected after the oxidative stress induced by hydrogen peroxide. In S. brasiliensis, it was not observed any phosphorylation of Hog-1, despite the experimental conditions. Moreover, it was proposed a new model for the regulation of AP-1 and Hog-1 of S. schenckii and S. brasiliensis that is distinct of the ones described in the literature, with the identification of new histidine kinase-like involved in regulation of Hog1 and a 1-cys peroxiredoxin or an atypical 2-cys peroxiredoxin, involved in the regulation of AP-1. Até a última década, Sporothrix schenckii era conhecido como único agente etiológico da esporotricose. Em 2007, foi descrito que existiam pelo menos mais três espécies crípticas patogênicas formando o complexo Sporothrix schenckii. No Estado do Rio de Janeiro, Sporothrix schenckii stricto sensu e Sporothrix brasiliensis representam as duas espécies epidemiológicas relevantes, sendo a última associada à transmissão zoonótica da esporotricose por felinos, que já atinge toda a região Sul/Sudeste. Um dos aspectos relevantes nas micoses é compreender como os patógenos fúngicos podem sobreviver no hospedeiro utilizando mecanismos de evasão ao sistema imune inato. Uma das estratégias fungicidas mais importantes do hospedeiro é a geração de espécies reativas de oxigênio pelas células de defesa. Sabe-se que infecções causadas por S. brasiliensis são mais graves do que as causadas por S. schenckii str. s. O objetivo deste trabalho foi analisar e comparar a capacidade de resistência destas espécias ao estresse oxidativo. Além disso, foram prospectadas algumas das vias de sinalização que participam dessa resposta. S. schenckii str. s. e S. brasiliensis apresentam diferentes susceptibilidades ao estresse oxidativo, uma vez que S. brasiliensis mostra-se mais resistente às condições de estresse por peróxido e menadiona. Foram analisadas e comparadas sequências de genes importantes, componentes das vias de sinalização do fator de transcrição AP-1 e da MAPK Hog1, envolvidos na resposta ao estresse oxidativo em outros fungos, como Candida albicans. Por análise in silico do genoma, observou-se que tanto S. schenckii str. s. quanto S. brasiliensis têm uma sequência ortóloga à AP-1 comparado a outras espécies fúngicas e ainda, que apresentam genes relacionados com proteínas antioxidantes que podem ser reguladas por AP-1. O gene para AP-1 foi sequenciado e a tradução in silico mostrou motivos e resíduos característicos, mas não foi observada diferença na sequência do gene de S. schenckii str. s. e S. brasiliensis, sendo denominados SsAP1 e SbAP1, respectivamente. AP-1 regula enzimas antioxidantes, não sendo também evidenciada diferença na expressão ou atividade de SOD e catalase nestas espécies após o estresse com peróxido de hidrogênio. Foi encontrada uma sequência ortóloga ao gene que codifica Hog1, componente de uma via de MAPK envolvida na resposta ao estresse em fungos. A comparação das sequências de Sporothrix spp. com outros fungos revelou possíveis alterações em S. brasiliensis. Esta alteração putativa pode estar relacionada ao fenótipo de resistência ao estresse oxidativo, demonstrado em S. brasiliensis. Observou-se a fosforilação do motivo TGY de Hog1 de S. schenckii str. s., porém, sem detectar diferenças após o estresse por peróxido. Já em S. brasiliensis não foi possível observar fosforilação de Hog1 em nenhuma condição experimental. Foi proposto um modelo para a regulação de AP-1 e Hog1 em S. schenckii e S. brasiliensis, distinto dos descritos na literatura, com a identificação de uma 1-Cys tioredoxina ou uma 2-Cys peroxiredoxina atípica, envolvidas na regulação de AP-1 e novas histidina quinases-like envolvidas na regulação de Hog1.