Análise de alterações da expressão gênica no Trypanosoma cruzi associadas à infecção em diferentes tipos celulares: papel das proteínas de superfície

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Universidade Federal de Minas Gerais

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Dissertação de mestrado

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Analysis of gene expression changes in Trypanosoma cruzi associated with infection in different cell types: role of surface proteins

Membros da banca

Santuza Maria Ribeiro Teixeira
Daniella Castanheira Bartholomeu
Gabriel da Rocha Fernandes
Diana Bahia

Resumo

As proteínas de superfície de Trypanosoma cruzi, especialmente aquelas codificadas por famílias multigênicas denominadas Trans-sialidases (TS), MASPs e Mucinas, são fundamentais para os processos de invasão, adesão, evasão do sistema imune e adaptação do parasito aos diferentes ambientes que enfrenta ao longo de seu ciclo de vida. As TS representam a maior dessas famílias, com mais de 1.400 cópias, das quais cerca de 16 sequências codificam TS com atividade enzimática (aTS), classificadas como TS-grupo I. Essas moléculas são expressas predominantemente na forma tripomastigota infectiva, constituem um dos principais mecanismos de interação com o hospedeiro e são alvos centrais para o entendimento da virulência e do tropismo tecidual de T. cruzi. Neste trabalho, foram conduzidos dois estudos complementares com o objetivo de investigar, sob diferentes abordagens, o papel dessas proteínas de superfície na infecção e adaptação de T. cruzi. No primeiro estudo, buscou-se compreender o impacto do nocaute de genes de TS por meio da análise transcriptômica comparativa entre parasitos da cepa CL Brener selvagem e nocaute para TS, visando identificar alterações na expressão gênica associadas à perda dessas proteínas. Os resultados revelaram que o nocaute para TS não causou alterações relevantes para o metabolismo do parasito (genes presentes no compartimento core do genoma), mas afetou genes do compartimento disruptivo, especialmente das famílias MASP e TS, sugerindo um possível mecanismo compensatório. Esses resultados evidenciam a capacidade que T. cruzi possui de remodelar o repertório de moléculas de superfície em resposta a diferentes alterações no ambiente e no genoma do parasito. No segundo estudo, buscou-se compreender se uma população de parasitos da cepa Y expressando Luciferase e mantida por consecutivas passagens em uma mesma linhagem celular teria alterada sua capacidade infectiva em outros tipos celulares e se isso ocorrer, quais seriam as alterações na expressão gênica. Para isso formas tripomastigotas derivadas de uma população cultivada em células MEF (fibroblasto) foram utilizadas na infecção de células LLCMK2 (epitelial) e AC16 (cardiomiócitos) por quinze passagens. Os resultados indicaram maior tropismo e eficiência invasiva da cepa Y em cardiomiócitos, além de uma tendência à adaptação progressiva ao tipo celular em que o parasito foi mantido. Em infecções in vivo, a cepa manteve sua capacidade infectiva independentemente da linhagem celular de origem. Em conjunto, os resultados destes estudos reforçam o papel central das proteínas de superfície na biologia de T. cruzi, não apenas como elementos estruturais de adesão ou invasão, mas como componentes cuja expressão regulável responde a pressões ambientais, participando ativamente dos mecanismos que garantem a sobrevivência, disseminação e patogenicidade do parasito nos diferentes contextos celulares e hospedeiros.

Abstract

The surface proteins of Trypanosoma cruzi, especially those encoded by multigene families called Trans-sialidases (TS), MASPs, and Mucins, are essential for the parasite's invasion, adhesion, immune system evasion, and adaptation to the diverse environments that it encounters throughout its life cycle. TS represent the largest multigenic family in the T. cruzi genome with over 1400 gene copies, in which around 16 sequences encode enzymatically active TS (aTS), classified as group I-TS. These molecules are expressed predominantly in the infective trypomastigote form, constitute one of the main mechanisms of host interaction and are central targets for understanding the virulence and tissue tropism of T. cruzi. In this work, two complementary studies were conducted to investigate, using different approaches, the role of these surface proteins in T. cruzi infection and adaptation. The first study was intended to understand the impact of Trans-sialidase gene knockout through comparative transcriptomic analysis between wild-type and TS-knockout CL Brener parasites, aiming to identify changes in gene expression associated with the loss of these proteins. The results revealed that the TS knockout did not cause significant changes in the parasite's metabolism (genes present in the core compartment of the genome), but affected genes in the disruptive compartment, especially the MASP and TS families, suggesting a possible compensatory mechanism. These results highlight T. cruzi's ability to remodel its repertoire of surface molecules in response to various changes in the environment and the parasite's genome. The second study aimed to understand whether a population of Y strain parasites expressing Luciferase and maintained for consecutive passages in the same cell line would have altered its infectivity in other cell types, and if so, what the changes in gene expression would be. To this end, trypomastigote forms derived from a population cultured in MEF (fibroblast) cells were used to infect LLCMK2 (epithelial) and AC16 (cardiomyocyte) cells for fifteen passages. The results indicated greater tropism and invasive efficiency of the Y strain in cardiomyocytes, in addition to a tendency toward progressive adaptation to the cell type in which the parasite was maintained. In in vivo infections, the strain maintained its infective capacity regardless of the cell lineage of origin.Taken together, the results of these studies reinforce the central role of surface proteins in the biology of T. cruzi, not only as structural elements of adhesion or invasion, but also as components whose regulatable expression responds to environmental pressures, actively participating in the mechanisms that ensure the survival, dissemination, and pathogenicity of the parasite in different cellular contexts and hosts.

Assunto

Bioinformática, Trypanosoma cruzi, Proteínas de Membrana

Palavras-chave

Trypanosoma cruzi, Proteínas de superfície, Trans-sialidases, Tropismo, Adaptação

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