Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/31776
Type: Tese
Title: Estudo dos mecanismos de alcalinização intestinal em fêmeas de Lutzomyia longipalpis (Diptera:Psychodidae)
Authors: Denise Barguil Nepomuceno
First Advisor: Nelder de Figueiredo Gontijo
Abstract: Lutzomyia longipalpis é um díptero hematófago que atua como principal vetor de protozoários do gênero Leishmania nas Américas. Considerando que, no inseto vetor, o desenvolvimento de Leishmania é exclusivamente no tubo digestivo, estudos sobre a fisiologia intestinal destes insetos, especialmente do controle do pH intestinal, tornam-se indispensáveis. Os mecanismos que ativam a alcalinização do intestino médio, quando as fêmeas deixam de se alimentar de açúcares e fazem repasto sanguíneo, ainda não foram plenamente elucidados. Sabe-se que o transporte diferencial de íons, evento comum às células do tubo digestivo e associado à energização das membranas, com o transporte de nutrientes e com o controle do pH no meio, pode ser ativado a partir da sinalização conduzida por segundos mensageiros intracelulares. Sistemas de transporte de aminoácidos são cruciais na fisiologia de dípteros hematófagos, e alguns transportadores funcionam fazendo simporte de íons H+ com aminoácidos. Propõe-se, então, que estes transportadores podem estar envolvidos na regulação do pH intestinal. Além disso, o sistema TOR, uma via de sinalização intracelular altamente conservada entre os organismos eucariotos, é especialmente ativado pela presença de aminoácidos; uma vez que a digestão do sangue é um processo essencialmente enzimático e gera aumento da concentração de aminoácidos, é possível que esse sistema seja ativado mediante o repasto sanguíneo e participe da alcalinização intestinal. Contudo, não há estudos abordando tais aspectos em L. longipalpis. Desta forma, este trabalho objetivou estudar os mecanismos que atuam no controle da alcalinização intestinal em fêmeas de L. longipalpis. A partir de preparações ex-vivo, intestinos de fêmeas de L. longipalpis corados com azul de bromotimol, e, sabidamente em pH≤ 6, foram tratados com diferentes concentrações de uma solução de aminoácidos. Verificou-se que a presença de aminoácidos estimulava a alcalinização, mas a intensidade do processo variava com a concentração utilizada. Mediante a elaboração de uma metodologia mais sensível para avaliar alterações de pH intestinal a partir da presença de aminoácidos, passou-se a utilizar o corante fluoresceína, cuja emissão de fluorescência varia com o pH do meio. Em intestinos abertos, onde o corante estava presente apenas no citoplasma dos enterócitos, a adição da solução de aminoácidos provocou significativa redução da fluorescência emitida, evidenciando precisamente que íons H+ foram transportados do lúmen intestinal para o citoplasma dos enterócitos, culminando na acidificação desse compartimento. Em intestinos fechados a aplicação da solução de aminoácidos induziu o aumento da emissão de fluorescência, o que está em acordo com o fato que a acidificação do citoplasma dos enterócitos necessariamente implica na alcalinização do lúmen intestinal. A investigação da participação de transportadores de aminoácidos levou à identificação de LULOPAT1, um transportador especializado no simporte aminoácidos/H+, expresso apenas no intestino e modulado pelo estado nutricional de L. longipalpis, havendo aumento significativo de expressão logo após o repasto sanguíneo. LULOPAT1 é localizado na superfície apical do intestino, o que está em acordo com o fato de que apenas em intestinos abertos a entrada de aminoácidos pelo lúmen intestinal era possível, resultando na acidificação do citoplasma dos enterócitos. Outros transportadores estão envolvidos na entrada de aminoácidos através da membrana basolateral dos intestinos, e serão investigados em estudos futuros. A avaliação do papel de ATPases na geração de um gradiente eletroquímico através de membranas em fêmeas com repasto sanguíneo evidenciou que a principal bomba eletrogênica envolvida nesse processo seria a Na+/K+-ATPase. Na presença de ouabaína, inibidor específico de Na+/K+-ATPase, a atividade enzimática total reduziu significativamente de 1,186±0,340µmol PO43− h−1 à 0,416±0,0596µmol PO43− h−1 (p<0,05), indicando que ela seria responsável por mais de 60% da atividade total medida. Ao avaliarmos o efeito da hemolinfa de fêmeas com repasto sob o pH intestinal, verificou-se que a hemolinfa coletada no intervalo de 0-3 horas após repasto sanguíneo promoveu intenso estímulo à alcalinização em relação ao intervalo 30-33 horas. Em fases mais avançadas da digestão a concentração de moléculas alcalinizantes decresceria, mas a atividade de enzimas proteolíticas seria máxima, com maior quantidade de aminoácidos sendo absorvidos pelos enterócitos, o que contribuiria para a manutenção do pH alcalino. Ao avaliarmos a participação do sistema TOR no controle de pH intestinal, inicialmente identificou-se a sequência do gene 4E-BP, um dos principais alvos downstream de TOR. A ativação de TOR necessariamente implica na fosforilação de 4E-BP, e os experimentos de western blotting com o anticorpo Phospho-4E-BP1 (Thr37/46) permitiram evidenciar que a proteína era intensamente fosforilada nas primeiras horas após repasto sanguíneo. Ao avaliarmos uma possível associação entre ativação de TOR e alcalinização induzida pela presença de aminoácidos e pela hemolinfa de fêmeas com repasto, utilizou-se intestinos ácidos (pH≤6), corados com azul de bromotimol, previamente tratados com rapamicina (inibidor específico de TOR). A inibição do sistema TOR não afetou a alcalinização intestinal estimulada por aminoácidos, mas afetou intensamente o efeito da hemolinfa de fêmeas com repasto, sugerindo que o estímulo à elevação do pH intestinal na presença de aminoácidos ocorre também por outros sistemas que não TOR. Ao estudarmos a possível participação de cAMP e cGMP no controle de pH intestinal, utilizando preparações ex-vivo de intestinos ácidos (pH≤6), contendo azul de bromotimol, verificou-se que a presença de cAMP induziu a alcalinização intestinal, enquanto cGMP não produziu quaisquer alterações. Por outro lado, em intestinos previamente alcalinizados por ingestão de soro inativado, cAMP não interferiu no pH intestinal, mas o tratamento com cGMP acidificou o lúmen intestinal. O estudo realizado desvendou mecanismos que participam ativamente na regulação do pH intestinal, além de propor novas vias que podem ter influência nesse processo, expandindo sobremaneira os conhecimentos existentes da fisiologia digestiva de L. longipalpis. Espera-se em breve ser possível elaborar um modelo de funcionamento que contemple todos os mecanismos envolvidos no controle do pH intestinal em L. longipalpis.
Abstract: Lutzomyia longipalpis is a well-known Diptera for its role as the main vector of Leishmania parasites in America. Considering the development of Leishmania is restricted to the sand flies’ gut, studies regarding the digestive physiology of these insects, specially pH regulation, become essential. The mechanisms involved in the process of midgut’s alkalization, which is triggered when females take a blood meal, are not completely elucidated. It is known that ionic transport, a common event in intestinal cells, also associated to membranes energization, nutrients transport and with pH control, may be activated through signaling by second messengers. Amino acids transporters are essential for the digestive physiology of hematophagous diptera and, considering that. Besides, the TOR pathway, an intracellular signaling system highly conserved among eukaryotes, is especially activated in the presence of amino acids; considering blood digestion is, basically, an enzymatic process and provides a great increase in amino acids concentration, it may be activated a consequence of hematophagy and have a potential role in the alkanization of abdominal midgut. Thus, this work aimed to study the mechanisms involved in the control of intestinal alkalinization in L. longipalpis females. From ex-vivo preparations of acidic midguts (pH≤6), previously stained with Bromothymol blue, we found that the treatment with an amino acids solution stimulated the alkalinization of the midguts, but the intensity of the process varied in accordance with the concentration of the solution. When developing a method more accurate to evaluate intestinal pH changes in the presence of amino acids, we decided to use fluorescein dye, whose emission of fluorescence varies with the pH of the medium. In opened midguts, where the dye was present only in the cytoplasm of enterocytes, the presence of amino acids stimulated a significant reduction in fluorescence emission, showing precisely that H+ ions were transported from intestinal lumen to enterocyte’s cytoplasm, leading to the acidification of this compartment. In unopened midguts, the presence of amino acids led to an increase in fluorescence emission, which is in agreement with the fact that intracellular acidification necessarily implies in the alkalization of intestinal lumen. The investigation of the involvement of amino acids transporters allowed the identification of LULOPAT1, a transporter specialized in the symport of amino acids and H+ ions, which is present only in the midgut and has its expression modulated by the nutritional status of the insect: it increases significantly in the first hours after a blood meal. LULOPAT1 is located in the apical side of the midgut, which agrees with our observation that, only in opened midguts, the presence of amino acids in the intestinal lumen was possible, resulting in the acidification of enterocyte’s cytoplasm. Other types of transporters are involved in the entrance of the amino acids by the basolateral membrane, and will be investigated further. The evaluation of ATPases role in energizing membranes in blood fed females showed that the main eletrogenic pump related would be Na+ /K+ -ATP. In the presence of ouabain, a specific inhibitor of Na+ /K+ - ATPase, total enzymatic activity reduced from 1,186±0,340µmol PO4 3− h −1 to 0,416±0,0596µmol PO4 3− h −1 (p<0,05), indicating that this pump was responsible for more than 60% of the total anzymatic activity assayed. Through the evaluation of the effect of the hemolymph from blood fed females in intestinal pH, we verified that hemolymph collected 0- 3 hours after blood feeding was an intense stimulus to alkalization when compared to that collect 30-33 hours after blood feeding. In later stages of blood digestion, the concentration of alkalizing hormones would decrease, but the activity of proteolytic enzymes would at its maximum, with a higher proportion of amino acids being absorbed by the enterocytes, which, then, would be responsible for maintaining an alkaline pH until the end of digestion. Analyzing the involvement of TOR pathway in the control of intestinal pH, we first identified the sequence of 4E-BP gene, one of the main downstream targets of TOR, in the midguts of L. longipalpis. TOR activation necessarily implies in 4E-BP phosphorylation, and western blotting experiments with the antibody Phospho-4E-BP1 (Thr37/46) showed the protein was highly 21 phosphorylated in the first hours after a blood meal. The possible relation between TOR activation and the alkalization induced in the presence of amino acids and in the presence of hemolymph was investigated using acidic intestines (pH≤6), stained with Bromothymol blue, previously treated with rapamycin, an specific inhibitor of TOR pathway. Inhibition of TOR did not affected the efficacy of amino acids inducing alkalization, but strongly interfered in the action of hemolymph on pH, suggesting that pH increase mediated by amino acids occurs through systems others than TOR. When investigating the possible participation of cAMP and cGMP in the regulation of intestinal pH, using ex-vivo preparations of acid intestines (pH≤6), stained with Bromotimol bluewe found that the presence of cAMP induced intestinal alkalinization, while cGMP did not produce any changes. On the other hand, in alkalized intestines, by prior treatment with inactivated serum, cAMP did not changed intestinal pH, which, in the presence of cGMP, became prominently acidic. This study unveiled mechanisms that actively participate in the regulation of intestinal pH, and proposed new pathways that may influence in this process, greatly expanding the existing knowledge regarding the digestive physiology of L. longipalpis. We expect in a near future to develop a working model that addresses all the mechanisms involved in intestinal pH control in L. longipalpis.
Subject: Lutzomyia
Intestinos - parasitos
Alcalinização
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICB - DEPARTAMENTO DE PARASITOLOGIA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Parasitologia
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/31776
Issue Date: 31-Oct-2019
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