UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS FACULDADE DE FARMÁCIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ANÁLISES CLÍNICAS E TOXICOLÓGICAS ISABELA AURORA RODRIGUES Avaliação funcional de vesículas extracelulares de Acanthamoebade diferentes genótipos Belo Horizonte 2021 ISABELA AURORA RODRIGUES AVALIAÇÃO FUNCIONAL DE VESÍCULAS EXTRACELULARES DE ACANTHAMOEBADE DIFERENTES GENÓTIPOS Tese apresentada ao Programa de Pós- Graduação em Análises Clínicas e Toxicológicas daFaculdade deFarmácia da Universidade Federal de Minas Gerais para obtenção do título de doutor (a) em Análises Clínicas e Toxicológicas. Orientadora: Dra. Adriana Oliveira Costa Co-orientador: Dr. Rodrigo Pedro P. Soares Belo Horizonte 2021 Agradecimentos Ao meu Deus pelo olhar atento, proteção e pelas inúmeras bênçãos que me proporcionou. Meus sinceros agradecimentos aos meus pais Edson e Mary pelo incentivo e exemplo de vida inspirador. Agradeço à minha família e aos amigos pelo apoio constante e incondicional mesmo não entendendo a rotina e dificuldade de uma vida científica. Ao meu filho, que ainda no meu ventre, compartilha comigo todos os meus sentimentos e me fortalece. À minha orientadora Dra. Adriana Costa por acreditar em mim desde o princípio e me confiar este trabalho e as demais tarefas, pela amizade, generosidade e pelo apoio indispensável dentro e fora do laboratório. Com certeza, é a pessoamais humana que conheço e o meu maior exemplo profissional. Ao meu coorientador Dr. Rodrigo Soares pela experiência passada, pelo tratamento cordial, ensinamentos e paciência. À Profa Dra Ana Cláudia Trocolli Torrecilhas, pela valiosa colaboração na realização do projeto. Aos colaboradores Armando, Paula e Felipe pelo suporte e auxílios nos experimentos. Às amizades cultivadas na UFMG eCentro de Pesquisas René Rachou. A todo o corpo docente e discente do programa de pós de Análises Clínicas e Toxicológicas- ACT e do Centro de Pesquisas René Rachou pela estrutura e apoio oferecido. Aos técnicos: Beto, Vanda, Leninha, Mariza e as meninas da limpeza pelo carinho comigo e manutenção mantendo o ambiente agradável. Aos Laboratórios parceiros: Imunologia Celular, Toxicologia e Biologia Molecular do Departamento de Análises Clínicas e Toxicológicas da Faculdade de Farmácia e aos laboratórios do Grupo Funcional de Parasitologia (GFP) e PROREC da FIOCRUZ pela estrutura e suporte. Às agências financiadoras CAPES pela concessão da minha bolsa e a Fundação de Amparo à Pesquisa de Minas Gerais – FAPEMIG pelo financiamento. A todos que de certa forma contribuíram para este trabalho, de forma direta ou indireta. E por último, e não menos importante, as minhas “meninas” que pertencem ao melhor gênero de amebas, que me proporcionaram orgulho com os dados gerados. Resumo As amebas do gêneroAcanthamoeba são protozoários de vida livre amplamente dispersos no ambiente. Em algumas situações, elas são capazes de se adaptar a um tipo de vida parasitária, se transformando em patógenos que causam graves infecções em humanos. A capacidade de Acanthamoebacausar infecções por Acanthamoeba envolve fatores como a produção de proteases, que podem ser liberadas livremente no meio ambiente ou, conforme demonstrado em estudos recentes, compartimentadas em vesículas extracelulares (VEs). No entanto, a caracterização comparativa das VEs de diferentes cepasainda não foi descrita. O objetivo deste estudo foi realizar a comparação entre VEs produzidas por Acanthamoebade diferentes genótipos, avaliando as características físicas, perfil de proteases e de produção de óxido nítrico e citocinas após estimulação de macrófagos murinos. Foram utilizadas quatro cepas com diferentes características de patogenicidade, sendo três de origem ambiental (amostras de genótipos T1, T2, T11)e uma de caso de ceratite amebiana (amostra de genótipo T4). As VEs foram obtidas por ultracentrifugação, quantificadas por análise de rastreamento de nanopartículas e analisadas por microscopia eletrônica de varredura e transmissão. O perfil de proteases das VEs foi determinado por zimografia. A produção de óxido nítrico e citocinas por macrófagos peritoneais de murinosfoi medida após estimulação com VEs, usando camundongos de linhagens selvagens (BALB/c e C57BL/6) e nocautes para TLR2 e TLR4 (C57BL/6 TLR2 - /- e TLR4 -/-). Todas as cepas, independentemente do genótipo, liberaram VEs e não houve diferença no tamanho ou concentração entre elas. As VEs exibiram atividade predominante de serinoproteases (pH 7,4 e 3,5), com atividade mais intensa nas cepas T4 e T1. As VEs da cepa ambiental não patogênica T11 exibiram um perfil mais pró-inflamatório, induzindo níveis mais elevados de óxido nítrico, fator de necrose tumoral alfa e interleucina-6, via TLR4 / TLR2, do que aquelas cepas com características patogênicas (T4, T1) e moderadamente patogênica (T2). A produção de óxido nítricopor macrófagos foi significativamente menorquando esses foram interagidos com VEs pré- incubadas com inibidores de proteases ou inativadas por aquecimento. Em conjunto, esses dados indicam que VEs de Acanthamoebaexibem efeitos imunomoduladores queestão relacionados a seu potencial patogênico e que são dependentes da integridade das proteases. Palavras-chave: genótipos; interação parasita-hospedeiro; imunidade inata; proteases. Abstract Amoebas of the genus Acanthamoeba are free-living protozoa widely dispersed in the environment. In some situations, they can adopt a parasitic lifestyle and acts as pathogens that cause serious infections in humans. The ability of Acanthamoeba to cause infectionsinvolves factors as the production of proteases, which can be released freely in the environment or, as shown in recent studies, compartmentalized in extracellular vesicles(EVs). However, the comparative characterization of EVs of different strains has not yet been described.This study aimed to compare EVs produced by Acanthamoeba from different genotypes, evaluating physical features, profile of proteases and of nitric oxide and cytokines production after stimulation of murine macrophages. Four strains with different pathogenic characteristics were used: three from an environmental origin (samples of genotypes T1, T2, T11) and one obtained from a keratitis case (sample of genotype T4). Despite their genotype, all strains released EVs with no differences in size or concentration. EVs exhibited a predominant activity of serine proteases (pH 7.4 and 3.5), with more intense activity in those from T4 and T1 strains. Despite their genotype, all strains released EVs with no differences in size or concentration. EVs exhibited a predominant activity of serine proteases (pH 7.4 and 3.5), with more intense activity in those from T4 and T1 strains. Compared with pathogenic (T4 and T1) and moderately pathogenic (T2) strains, EVs from the environmental, nonpathogenic T11 strain exhibited a more proinflammatory profile, inducing higher levels of NO, tumor necrosis, and interleukin-6 via TLR4/TLR2. Pre- incubation with EVs treated with protease inhibitors or heating drastically decreased nitrite concentration production in macrophages. Altogether, these data indicated that EVs from Acanthamoeba exhibit immunomodulatory effects related to their pathogenic potential and dependent on the integrity of the proteases. Keywords: genotypes; host-parasite interaction; innate immunity; proteases. LISTA DE FIGURAS Figura 1: Atual classificação filogenética de Acanthamoeba 3 Figura 2: Esquema comparativo dos grupos morfológicos de Acanthamoeba 4 6 Figura 3: Formas evolutivas de Acanthamoeba spp Figura 4: Encefalite amebiana granulomatosa 10 Figura 5: Lesões características de Ceratite Amebiana 12 Figura 6: O processo de invasão da córnea por Acanthamoeba 13 Figura 7:Liberação de microvesículas e exossomos. 20 Figura 8: Esquema de transferência de estruturas por VEs 21 Figura 9: Esquema das amostras e dos animais utilizados nos ensaios imunológicos 37 Figura 10: Análise de rastreamento de partículas (NTA) de vesículas extracelulares (VEs) de Acanthamoeba 39 Figura 11:Microscopia eletrônica de varredura de trofozoítos de Acanthamoeba em processo de vesiculação.: 41 Figura 12:Microscopias eletrônicas de transmissão de trofozoítos de Acanthamoeba em vesiculação. 42 Figura 13: Zimografia das VEs de cepas de Acanthamoeba 44 Figura 14:Produção de óxido nítrico (NO), TNF-α e IL-6 por macrófagos peritoneais primados com INF e estimulados com VEs de Acanthamoeba. 45 Figura 15:Viabilidade celular dos macrófagos das linhagens BalbC e C57Bl/6 durante estimulação com VEs. 46 Figura 16: Produção de NO por Acanthamoeba VEs aquecidas e pré- incubadas com diferentes inibidores de proteases 47 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Função das vesículas extracelulares em diferentes parasitos humanos........................................................................................................... 23 Tabela 2:Características principais das amostras de Acanthamoeba utilizadas no presente estudo: .......................................................................................... 27 Lista de símbolos e abreviações α-alfa < - menor ° C - Grau Celsius AIDS - Síndrome da Imunodeficiência Adquirida ATCC - America Type Culture Collection AVL - Amebas de Vida Livre CA - Ceratite Amebiana CBA - Cytometric Bead Array cm2 - centímetro quadrado CN - Controle Negativo EAG - Encefalite Amebiana Granulomatosa EDTA – Ácido etilenodiaminotetracético E64(1 - [L - N - (trans - epoxysuccinyl) - leucyl ] amino - 4 - guanidinobutane) h - hora HIV - Síndrome da Imunodeficiência Adquirida IL-6 interleucina 6 IL-12 interleucina 12 INF ɣ Interferón gama kDa:- kilodaltons M: molar MAPK – MAP quinase mg miligrama MIP-133 Proteína induzida por manose de aproximadamente 133 kDa MTT {brometo de [3-(4,5-dimetiltiazol-2yl)-2,5-difenil tetrazolium]}. mL mililitro mM milimolar NaOH Hidróxido de Sódio nm - nanômetro NTA - Nanoparticle Tracking Analysis NO Óxido nítrico pH - Potencial Hidrogeniônico pg - picograma PMSF - Fluoreto de Fenilmetilsulfonila PYG - Meio Proteose Peptone-Extrato de Levedo-Glicose RIPA1x PBS, 1% Nonidet P-40, 0.5% desoxicolato de sódio, 0.1% SDS RNA - ácido ribonucleico RPM - rotação por minuto RPMI - Roswell Park Memorial Institute (meio de cultura) SDS- PAGE - Dodecil-sulfato de sódio de poliacrilamida SFB - Soro Fetal Bovino TNF- α – Fator de nerose tumoral TRIS -Tris-hidroximetilaminometano TRITON X-100 - Polietilenoglicol-terc-octilfenil éter U -unidade de atividade enzimática VEs - vesículas extracelulares μL -microlitro μm - micrômetro μM- micromol xg - gravidade SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO .......................................................................................................................... 14 2. REVISÃO DA LITERATURA ........................................................................................................ 16 2.1 Classificação taxonômica, morfológica e molecular do gênero Acanthamoeba .............. 16 2.2. Morfologia e biologia de Acanthamoeba ......................................................................... 18 2.3 Infecções causadas por Acanthamoeba ............................................................................ 21 2.3.1 Encefalite Amebiana Granulomatosa (EAG) .............................................................. 21 2.3.2 Ceratite Amebiana ..................................................................................................... 23 2.3.3.Tratamento das infecções causadas porAcanthamoeba ........................................... 27 2.4 Patogenicidade de Acanthamoeba ................................................................................... 28 2.4.1 Mecanimos indiretos .................................................................................................. 29 2.4.3 Mecanismos diretos ................................................................................................... 30 2.5Atividade imunológica em infecções por Acanthamoeba ................................................. 31 2.6Vesículas extracelulares ..................................................................................................... 33 2.6.1 Interação e função das VEs ........................................................................................ 34 3. OBJETIVOS ............................................................................................................................... 39 3.1 Objetivo Geral: .................................................................................................................. 39 3.2 Objetivos Específicos: ........................................................................................................ 39 3.2.1 ..................................................................................................................................... 39 3.2.4 ..................................................................................................................................... 39 3.2.5 ..................................................................................................................................... 39 4. METODOLOGIA ........................................................................................................................ 40 4.1 Cultivo dos Isolados de Acanthamoeba ............................................................................ 40 4.2 Condições de vesiculação .................................................................................................. 42 4.3 Isolamento das vesículas extracelulares ........................................................................... 42 4.4 Análise de rastreamento de nanopartículas (NTA) ........................................................... 43 4.5 Microscopia eletrônica ...................................................................................................... 43 4.6 Atividade de proteases nas VEs de Acanthamoeba .......................................................... 45 4.7Indução de marcadores inflamatórios por VEsde Acanthamoeba .................................... 46 4.7.1 Animais ....................................................................................................................... 46 4.7.2 Preparo dos macrófagos ............................................................................................ 46 4.7.3 Estimulação dos macrófagos ...................................................................................... 46 4.7.4 Dosagem de óxido nítrico ........................................................................................... 47 4.7.5Dosagem de IL-6 e TNF- α ........................................................................................... 48 4.7.6 Viabilidade dos macrófagos estimulados por VEs e lisado celular ............................ 48 4.7.7Papel das proteases carreadas por VEs na produção de NO ...................................... 49 4.8 Análise estatística .............................................................................................................. 49 5. RESULTADOS ........................................................................................................................... 52 5.1Acanthamoeba produz VEs com características comuns entre os diferentes genótipos .. 52 5.2 As VEs carreiam proteases predominantemente classificadas como serinoproteases .... 57 5.3 As VEs das cepas patogênicas e não patogênicas apresentaram diferentes níveis de ativação pró-inflamatória em macrófagos murinos ............................................................... 58 5.4. A produção de Óxido Nítrico pelas VEs das cepas consideradas patogênicas depende da integridade das proteases ....................................................................................................... 60 6. DISCUSSÃO .......................................................................................................................... 62 7. CONCLUSÃO ............................................................................................................................ 71 8. REFERÊNCIAS ........................................................................................................................... 72 9. ANEXOS ................................................................................................................................... 87 14 1. INTRODUÇÃO As amebas de vida livre (AVL) são protozoários distribuídos amplamente na natureza, podendo ser encontradas tanto em ambientes naturais como o solo, vegetação, água (lagos, rios, etc),quanto em artificiais, como sistemas de arcondicionado, piscinas, acessórios e equipamentos hospitalares (CLARKE; NIEDERKORN, 2006).Elas constituem um grupo amplo e diversificado composto por vários gêneros e centenas de espécies (PAGE, 1988). São consideradas predadoras de bactérias e atuam controlando a sua população no solo e em ambientes aquáticos. Outra característica dessas amebas é a capacidade de resistir ao processo de cloração da água, o que possibilita a proteção de alguns microrganismos fagocitados, como fungos e bactérias, servindo como um reservatório para infecções em humanos. (CHAVATTE et al., 2016; MARCIANO-CABRAL et al., 2003). Diferentemente da espécie Entamoeba histolytica, que é fundamentalmente um organismo parasita do ser humano, as amebas de vida livre não necessitam de hospedeiro para sobreviver. No entanto, são seresanfizóicos, poreventualmente serem capazes de se adaptar a um tipo de vida parasitária e causar infecções em humanos e outros vertebrados (KHAN et al., 2006;MARTINEZ; VISVESVARA, 1997).Nesse grupo, também denominado AVL com potencial patogênico, incluem-se Naegleria fowleri, Sappinia pedata, Balamuthia mandrillaris eas espécies do gênero Acanthamoeba. O gênero Acanthamoebarepresenta as AVL potencialmente patogênicas mais frequentemente isoladas do ambiente (LORENZO-MORALES et al., 2005), estando associado a duas graves infecções principais: a Encefalite Amebiana Granulomatosa (EAG) e a Ceratite Amebiana (CA). A EAG ocorre predominantemente em indivíduos imunocomprometidos e é uma infecção considerada rara, mas com alta taxa de letalidade (THAMTAM et al., 2016). A CA tem aumentado em número nos últimos anos, especialmente devido ao uso de lentes de contato, associada ao manuseio inadequado ou falta de higienecom esses acessórios (LORENZO-MORALES et. al., 2015). Diversos fatores têm sido investigados para compreender a capacidade de Acanthamoebaagir como patógeno. O gênero é composto por várias 15 espécies (PUSSARD & PONS, 1977), porém atualmente a classificação de isolados é realizada com base em genótipos determinados por sequenciamento do 18SrDNA. As infecções ocorrem mais frequentemente por Acanthamoeba de genótipo T4, embora outros também estejam envolvidos com menos frequência (MACIVER et al., 2013). Linhagens de Acanthamoeba com maior potencial patogênico apresentam algumas características fisiológicas que as tornam capazes de estabelecer o processo infeccioso. Fatores como a expressão de moléculas de adesão, produção de proteases que agem sobre os tecidos, capacidade de se transformar em formas cística durante a infecção, são alguns exemplos do que vem sendo estudado para compreender a fisiopatologia das infecções (CLARKE; ALIZADEH; NIEDERKORN, 2006; RETANA-MOREIRA et al., 2015). Considerando que algumas infecções por Acanthamoebasão oportunistas, fatores do hospedeiro também devem ser considerados, e por isso elementos da resposta imune também são investigados (MACIVER et al., 2013; REN & WU, 2011). Recentemente, foi demonstrado que Acanthamoeba produz e liberavesículas extracelulares (VEs), que parecem estar envolvidas em mecanismos de patogenicidade dessas amebas (GONÇALVES et al., 2018; LIN et al., 2019). As VEs são estruturas ou partículas com membranas, já identificadas como componentes produzidos por diversos tipos celulares, e que desempenham papeis em processos patológicos e fisiológicos (CAMPOS et al., 2015). Os estudos realizados com VEs de Acanthamoeba são recentes e utilizaram apenas uma linhagem (GONÇALVES et al., 2018; LIN et al., 2019). Não há informações sobre a variação de perfil de produção VEs ou diferenças em aspectos funcionais entre diferentes linhagens ou genótipos de Acanthamoeba. Considerando esta lacuna, a hipótese de que VEs de Acanthamoebade diferentes genótipos apresentam características funcionais distintas é investigada nesse trabalho. 16 2. REVISÃO DA LITERATURA 2.1 Classificação taxonômica, morfológica e molecular do gênero Acanthamoeba As amebas do gênero Acanthamoebaforam inicialmente descritas em 1930 por Castellani, porém utilizando a denominação de gênero Hartmannella e da espécie Hartmannella castelanii. Volkonsky, em 1931, dividiu o gênero Hartmannella em três subgêneros: Hartmannella, Glaeseria eAcanthamoeba. Após duas décadas, Singh (1952), Pussard (1966) e Singh e Das (1970), questionaram a classificação dessas amebas e após avaliar diversas cepas de Hartmanella e Acanthamoeba, Page (1967) concluiu que a formada classificação estabelecida era duvidosa na diferenciação de espécies, porém, que a presença de acantopódios e as características dos cistos eram suficientes para uma proposta de classificação do gênero baseada nas características morfológicas. Em 1975, Sawyer e Griffin estabeleceram uma nova classificação filogenética incluindo a família Acanthamoebidae (KHAN, NAVEED AHMED, 2006). Em 1988, o gênero Hartmannella foi alocado na família Hartmannellidae estabeleceu-se a atual classificação filogenéticadas AVLs (Figura 1). Figura 1: Atual classificação filogenética de Acanthamoeba em relação às outras amebas de vida livre. Fonte: adaptado de KHAN, 2006. 17 Aproximadamente, 25 espécies de Acanthamoeba são descritas com base na morfologia dos cistos proposta pela classificação tradicional. Porém, ainda assim, a variedade morfológica e as alterações decorrentes das condições de cultura em uma determinada cepa podem dificultar ou impedir a identificação.(SIDDIQUI; KHAN, 2012). Com isso, uma classificação simplificada foi adotada, permitindo categorizar os isolados em grupos I, II, e III, de acordo com o tamanho do cisto e a morfologia do endocisto e ectocisto (PUSSARD, M.; PONS, 1977)(Figura 2). Grupo I II III Diâmetro 16 a 30μm ≤ a 18μm ≤ a 18μm Forma do endocisto Aspecto estrelado, braços bem visíveis Levemente estrelado, oval ou poliédrico Oval ou levemente angular Forma do ectocisto Contorno circular, liso ou ondulado Segue o contorno do Endocisto. Fino e liso ou fracamente ondulado Forma microscópica observada Figura 2:Esquema comparativo dos grupos morfológicos de Acanthamoeba.Classificação baseada na morfologia dos cistos dos 3 diferentes grupos de Acanthamoeba. Fonte: modificado de QVARNSTROM et al., 2009. Basicamente, espécies pertencentes ao grupo I apresentam cistos grandes (acima de 16-18 μm de diâmetro), caracterizados pela forma estrelada do endocisto e a parede externa é esférica e lisa (APARECIDA DA SILVA; ARISTEU DA ROSA, 2003; MARCIANO-CABRAL et al., 2003). Já as espécies do grupo II apresentam cistos de tamanho médio menor que 18 μm, sendo que 18 o endocisto pode apresentar-se de forma estrelada, oval, triangular ou quadrangular. Já o ectocisto segue o contorno do endocisto e é geralmente rugoso (SCHUSTER; VISVESVARA, 2004a; WALOCHNIK; OBWALLER; ASPÖCK, 2000). O grupo III compreende as espécies que também possuem tamanho médio menor que 18 μm, com endocisto de forma oval ou globosa, nunca estrelado. O ectocisto delgado e liso é justaposto ao endocisto e, às vezes, difícil de ser observado (PUSSARD, PONS, 1977; SCHUSTER; VISVESVARA, 2004a). Embora a morfologia de grupos ainda seja utilizada na identificação dos isolados, estudos moleculares com foco nas sequências da pequena subunidade de genes nucleares 18S rRNA são atualmente a principal ferramenta para caracterização taxonômica de Acanthamoeba(FUERST; BOOTON; CRARY, 2015). A existência de 12 genótipos foi relatada após analisar essa sequência em 53 isolados (STOTHARD et al., 1998). Até então, um total de 20 genótipos foram descritos (CORSARO et al., 2015; MAGNET et al., 2014). Cada genótipo exibe ao menos 5% de divergência genética dos outros genótipos e existem 12 regiões variáveis na região 18S do rRNA, sendo que todas devem ser consideradas para a determinação de um novo genótipo (CORSARO; VENDITTI, 2010). Essa classificação genotípica permite associar alguns a um maior potencial em causar infecções. Dos genótipos isolados e descritos, o genótipo T4 é o mais frequentemente envolvido em casos clínicos de ceratite e encefalite (MACIVER et al., 2013). As causas para essa prevalência são incertas, entretanto, acredita-se que amebas desse genótipo possuam maior virulência e propriedades que aumentam sua capacidade de infecção, assim como maior resistência a agentes quimioterápicos. 2.2. Morfologia e biologia de Acanthamoeba As amebas do gênero Acanthamoeba apresentam duas formas evolutivas em 19 seu ciclo de vida: a fase do cisto, com uma mínima atividade metabólica, e a fase do trofozoíto que apresenta um crescimento vegetativo (Figura 3) (SIDDIQUI e KHAN, 2012). Ambas as fases podem ser encontradas nos ambientes e em tecidos infectados (YUEHUA et al., 2014). Figura 3:Formas evolutivas de Acanthamoeba spp: A. Trofozoito em microscopia de contraste de fase com vacúolo contrátil (vc), vacúolos alimentares (va) e núcleo (n). B. Trofozoíto em microscopia eletrônica de varredura com acantopódios evidentes (ac). C. Cistos em cultura axênica em microscopia óptica convencional com ectocisto (ec) e endocisto (en) evidentes. D. Cistos em microscopia eletrônica de varredura com ostíolos evidentes (o).Fonte: autoria própria. As formas ativas de Acantamoeba são os trofozoítos, que são pleiomórficos, emitem pseudópodes finos de forma afilada, denominados acantopódios, que são estruturas características do gênero (Figura 3 A e B). Os trofozoítos variam em tamanho, que pode ser de 14 a 40 µm de diâmetro, (KINDE et al., 2007). O citoplasma do trofozoíto é abundante e granuloso, com 20 movimentos polidirecionais. Ele apresenta diversos vacúolos digestivos com um ou dois deles representando vacúolo contrátil responsável pelo controle osmótico da célula (LLOYD; MELLOR; WILLIAMS, 1983; VAN WAEYENBERGHE et al., 2013)(Figura 3 A e B).Os trofozoítos se multiplicam assexuadamente por fissão binária, processo que se inicia quando os trofozoítos se dividem ao atingir certo tamanho. O corpo celular torna-se esférico e coberto por pseudópodos curtos, que depois se alonga e finalmente o organismo divide-se em duas partes. Sendo que, enquanto isso, o núcleo já se dividiu por mitose(YOUSUF; SIDDIQUI; KHAN, 2013). A locomoção, adesão e captura de microrganismos envolve a ação de pseudópodes emitidos pelos trofozoítos que utilizam para se alimentar de bactérias, fungos, leveduras, matéria orgânica, vírus e algas, além de outras partículas do substrato. Eles podem sobreviver em cultivo axênico e ingerir nutrientes líquidos por meio da pinocitose (BOWERS; KORN, 1968; KHAN et al., 2006). Os cistos são observados em condições adversas, como alta temperatura, dessecação, falta de nutrientes e presença de alguns agentes químicos (desinfetante e antimicrobiano) e físicos (calor, frio e radiação ultravioleta). São, portanto, considerados as formas de resistência do microrganismo (AKSOZEK et al., 2002). O cisto possui tamanho de 10-20 µm aproximadamente e apresentam parede externa dupla composta pelo ectocisto, forma mais esférica, e endocisto, que apresenta formas variáveis de triangulares a estrelares, com junções entre as duas camadas, evidenciando estruturas chamadas de ostíolos, que sãoporos existentes na parede do cisto(Figura 3 C e D).(PAGE, 1988; SCHUSTER; VISVESVARA, 2004a). A composição do cisto inclui aproximadamente 35% de carboidratos, sendo a celulose o principal açúcar, 33% de proteínas, 6% de lipídios e outros materiais não identificados (SIDDIQUI; KHAN, 2012). A membrana plasmática é constituída por aproximadamente 33% de proteínas, 25% de fosfolipídios, 13% de esteróis e 29% lipofosfoglicanos. (DEARBORN; KORN, 1974; SIDDIQUI; KHAN, 2012; SMITH; KORN, 1968). Sua formação envolve a ação da serinoprotease CSP21 que é uma proteína específica envolvida no processo de revestimento do trofozoíto durante o encistamento. O desencistamento, por sua 21 vez, ocorre quando o cisto é exposto a condições ideais de crescimento para o trofozoíto, sendo essas alterações ambientais detectadas através de poros existentes na parede do cisto, conhecidos como ostíolos. O trofozoíto deixa então o cisto, separando-se da parede que o protegia, completando o ciclo (KHAN, NAVEED AHMED, 2006). 2.3 Infecções causadas por Acanthamoeba As amebas do gêneroAcanthamoebapodem causar em humanos dois tipos principais de infecções: uma em que as amebas infectam o hospedeiro por meio de lesões cutâneas ou pelo trato respiratório, se disseminando por via hematogênica até o encéfalo e outra constituída por infecção da córnea. O primeiro tipo determina quadros que afetam a nasofaringe, o ouvido, a pele (acantamebíase cutânea), com posterior disseminação, estando associado a indivíduos imunocomprometidos por meio de infecções por HIV (DOWELL et al., 2015), tratamento com imunossupressor após transplante de órgãos, alcoolismo, abuso de drogas, tratamento com esteroides, quimioterapia e radioterapia para tumores malignos(CHOMICZ et al., 2010). Portadores de outras doenças como diabetes, Lupus Eritematoso Sistêmico (THAMTAM et al., 2016), insuficiência renal, cirrose, tuberculose, úlcera na pele e doença de Hodgkin também são afetados, devido a uma queda no sistema imunológico que favorece o crescimento e disseminação destas amebas (DA ROCHA- AZEVEDO; TANOWITZ; MARCIANO-CABRAL, 2009). O segundo tipo de infecção por Acanthamoeba, a Ceratite Amebiana (CA), não tem relação com imunosupressão. O aumento da sua incidência nas últimas décadas é atribuído à popularização de lentes de contato (KHAN et al., 2006; RADFORD; MINASSIAN; DART, 2002). 2.3.1 Encefalite Amebiana Granulomatosa (EAG) A Encefalite Amebiana Granulomatosa (EAG), é uma doença de progressão lenta e é quase sempre fatal, com uma taxa de mortalidade de 85% (TORNO et al., 2000;,ZAMORA; HENDERSON; SWIATLO, 2014). A EAG se 22 desenvolve quando as amebas que infectaram o indivíduo por via cutânea ou respiratória, atravessam a barreira hematoencefálica e atingem o encéfalo. Embora esse primeiro tipo de infecção por Acanthamoebaocorra prioritariamente em imunocomprometidos, há algunsrelatos de casos em pacientes sem sinais de imunodepressão (DA ROCHA-AZEVEDO; TANOWITZ; MARCIANO-CABRAL, 2009). Os sintomas incluem dor de cabeça, febre, alterações comportamentais, hemiparesia, letargia, rigidez de nuca, afasia, ataxia, vômitos, náuseas, paralisia do nervo craniano, aumento da pressão intracraniana, convulsões e finalmente a morte. O óbito é devido à hemorragia, lesões necróticas com irritação meníngea grave e encefalite (KHAN et al., 2006). Seu diagnóstico definitivo pode ser estabelecido pela associação de dados clínicos e exames complementares como exame no líquido cefalorraquidiano (LCR); (KINDE et al., 2007), feito pela visualização dos trofozoítos ou cistos através da coloração de Gram, Giemsa, hematoxilina e eosina, porém estas colorações não diferem as os protozoários de macrófagos, por exemplo. A melhor maneira para identificação das amebas seria através da morfologia da parede dos cistos e da forma nuclear e dos vacúolos do trofozoítos (CALIOT et al., 2017). O protozoário pode ainda ser cultivado facilmente in vitro em meios especiais. Os altos títulos de anticorpos específicos para detecção de Acanthamoebano soro de pacientes são indicativos de infecção por EAG, porém o fato de poder existir um alto índice de anticorpos em indivíduos saudáveis devido ao constante contato entre humanos e amebas, impede que a sorologia seja utilizada na rotina diagnóstica (ZAMORA; HENDERSON; SWIATLO, 2014). Técnicas moleculares também podem ser usadas no diagnóstico, porém estas apresentam alto custo e são de acesso limitado (DA ROCHA-AZEVEDO; TANOWITZ; MARCIANO-CABRAL, 2009). Não existe um tratamento eficaz e recomendado, uma vez que as amebas apresentam baixa sensibilidade a agentes antimicrobianos e muitos destes agentes são incapazes de atravessar a barreira hematoencefálica, no sistema nervoso central. A terapia é realizada através da combinação de antimicrobianos, antifúngicos e anti-inflmatórios. 23 (KHAN et al., 2006; SIDDIQUI; KHAN, 2012). . Figura 4:Encefalite amebiana granulomatosa. Relato de caso de um paciente de 28 anos diagnosticado com Lupus eritematosa sistêmico e EAG. A: Pequenas áreas necróticas macroscópicas (círculo amarelo). B: forma do cisto de Acanthamoeba evidenciando a parede enrugada. Fonte: THAMTAM et al., 2016 2.3.2 Ceratite Amebiana A ceratite por Acanthamoeba é uma doença de reconhecimento relativamente recente e nas últimas décadas, caracterizada pela destruição progressiva da córnea causada pela invasão por Acanthamoeba, podendo ser uni ou bilateral (CLARKE; ALIZADEH; NIEDERKORN, 2006). No Brasil, os primeiros casos foram descritos por Nosé et al. em 1988. A infecção se desenvolve em pessoas imunocompetentes e foi ligada principalmente às espécies: A. poliphaga, A. Castellani, A. rhysodes, A. hatchetti, A. culbertsoni, A. astronyxis, A. quina e A. lugdunensis (KHAN et al., 2003). O seu manejo clínico tem sido motivo de vários estudos, sendo considerada uma infecção de difícil diagnóstico e tratamento (WALOCHNIK et al., 2000; KHAN et al., 2003). Dentre os fatores de risco para a infecção, os principais são os danos pré-existentes na córnea, que podem ocorrer por traumas com objetos estranhos como iodo, terra e lentes de contato. O uso das lentes é o principal fator de risco para CA, especialmente quando há falha no processo de higienização das lentes de contato de uso diário. O uso de soluções salinas 24 caseiras, produzidas com sal de cozinha para a limpeza das lentes de contato apresentou-se como um fator de risco importante no desenvolvimento dos primeiros casos (SIDDIQUI; KHAN, 2012). Testes em lentes de contato usadas mostraram a presença de diversos sacarídeos após apenas 30 minutos de uso, que podem agir como receptores para trofozoítos de Acanthamoeba, aumentando a probabilidade de ocorrer ligação das amebas às lentes de contato. (SCHUSTER; VISVESVARA, 2004b). O quadro clínico, inicialmente, pode ser confundido com outras infecções da córnea, causadas por diferentes microrganismos, podendo levar a erro no diagnóstico. A ceratite dendrítica resultante do vírus herpes simplex ou adenovírus apresenta características similares a CA (BROWN et al., 2017; DA ROCHA-AZEVEDO; TANOWITZ; MARCIANO-CABRAL, 2009). Na fase avançada, a infecção se assemelha a um quadro clínico de ceratite fúngica ou uma úlcera da córnea. Também é possível confundir o diagnóstico da CA com ceratite bacteriana, já que ambas apresentam sintomatologia semelhante (RETANA-MOREIRA et al., 2015; SIDDIQUI; KHAN, 2012). Os principais sintomas da doença são olhos avermelhados, lacrimejamento, fotofobia, dor e edema na pálpebra. Uma constante hiperemia conjuntival e inflamação na córnea também podem ocorrer (Figura 5). Figura 5:Lesões características de Ceratite Amebian.: A: Infiltrado em forma de anel, característico em CA. B: Lesões na córnea após a aplicação do corante fluoresceína de sódio (LORENZO-MORALES et. al., 2015). Quando trofozoítos infiltram os nervos da córnea, pode ocorrer um quadro de neurite e necrose. Coriorretinite ocorre raramente em casos que o 25 parasita invade a retina. No início da infecção, as amebas ficam restritas ao epitélio da córnea, mas progridem e invadem o estroma, onde provocam grande inflamação. O achado clínico mais característico é a presença de um infiltrado inflamatório estromal em forma de anel, constituído principalmente por neutrófilos (ERTABAKLAR et al., 2009; KINDE et al., 2007; MARCIANO-CABRAL et al., 2003). Deste modo, os trofozoítos se ligam à glicoproteínas de manose presentes no epitélio da córnea hospedeira através da proteína ligadora de manose (MBP) de 136 kDa da membrana trofozoítica (Figura 6 A). Micro- traumas levam ao aumento da expressão de glicoproteínas de manose no epitélio da córnea, sendo esse um fator de risco determinante para a instalação da doença. A exposição de trofozoítos de Acanthamoeba a manose induz aumento da expressão de uma protease de 133kDa, conhecida como MIP133.A MIP133 é um fator citopático que atua pela indução de apoptose em queratinócitos, células do corpo ciliar, células epiteliais do pigmento de retina, células do epitélio da córnea e células endoteliais da córnea (Figura 6 B e C) (CLARKE, DANIEL W.; NIEDERKORN, 2006b). Uma intensa dor é relatada por pacientes com CA e acredita-se que seja devido à produção da Ceratoneurite radial causada pelo acúmulo dos trofozoítos próximos aos nervos da córnea (Figura 6 E). Os trofozoítos em sua maioria não penetram a nível intraocular (Figura 6 F). Clarke e colaboradores (2005), em experimentos in vivo, demonstraram que os trofozoítos que conseguem penetrar a esse nível são eliminados por um intenso infiltrado inflamatório. As proteases são fatores de virulência já identificados em diversos microrganismos como vírus, bactérias e protozoários. Os trofozoítos de Acanthamoeba utilizam proteases, tais como serinoproteases, cisteína proteases, elastase e metaloproteases, para invadir o estroma (Figura 6 D) (CLARKE; NIEDERKORN, 2006). Proteases secretadas por Acanthamoeba apresentam capacidade de degradar diversos componentes da matriz extracelular. Kong e colaboradores (2000) identificaram uma serinoprotease de 33kDa em uma cepa do genótipo T12, com a capacidade de degradar fibrinogênio, IgG, IgA, albumina, hemoglobina, além de também degradar os principais componentes da matriz extracelular: colágeno tipo I, 26 colágeno tipo IV e fibronectina. Cepas patogênicas exibem proteases específicas, como o ativador de plasminogênio de 40 kDa, que não são encontradas em cepas ambientais (MITRO et al., 1994). As metaloproteases de matriz são enzimas proteolíticas que também possuem papel importante para a degradação de componentes da matriz extracelular no processo de invasão por Acanthamoeba(CLARKE; NIEDERKORN, 2006). Nesse contexto, as proteases em Acanthamoeba são fundamentais para que essa ameba de vida livre obtenha sucesso ao infectar e colonizar um hospedeiro. No entanto, ainda existem muitos fatores do mecanismo molecular que regula a patogenicidade em Acanthamoebaque necessitam de um maior entendimento. Figura 6:O processo de invasão da córnea por Acanthamoeba. A) Os trofozoítos aderem ao epitélio da córnea. B) Destruição do epitélio pela ação da protease MIP133. C) Rompimento da membrana de Bowman e invasão do estroma. D) Degradação do estroma pela ação de diversas proteases. E) Acúmulo de trofozoítos próximos ao nervo da córnea causando ceratoneurite. F) Incapacidade dos trofozoítos em penetrar a nível intraocular. Fonte: adaptado de CLARK; NIEDERKORN, 2006). Um método de diagnóstico rápido e eficaz ainda é necessário para o manejo de casos de CA. A confirmação da infecção muitas vezes só é realizada pela biópsia ou raspado da córnea, o que pode acontecer após a 27 retirada da córnea (RETANA-MOREIRA et al., 2015; SCHAUMBERG; SNOW; DANA, 1998). Mesmo após o diagnóstico correto, ainda há dificuldade em encontrar o tratamento eficaz, uma vez que cistos de amebas são extremamente resistentes à ação de fármacos e agente químicos (SCHAUMBERG; SNOW; DANA, 1998). 2.3.3.Tratamento das infecções causadas porAcanthamoeba O tratamento para a acantamebíase deve ser iniciado imediatamente após o diagnóstico e até mesmo suspeita clínica, por ser uma infecção difícil de tratar e estar associadas a prognósticos ruins do paciente, como deficiência visual em caso da CAeóbito em caso de EAG. Os principaisobjetivos do tratamento incluem reduzir a carga parasitária, inibir o crescimento domicrorganismoe impedir a invasão dos tecidos do hospedeiro (KHAN, 2006). A farmacoterapia adotada deve ser combinada considerando a resistência do protozoário às drogas utilizadas. Os componentes da dupla parede dos cistos de Acanthamoeba atuam como uma barreira física natural que impede àabsorção dos fármacos. A miltefosina, composto utilizado para o tratamento de câncer e leishmaniose, pode ser utilizada para o tratamento (WALOCHNIK et al., 2002).As biguanidas são capazes de destruir a membrana plasmática do trofozoíto (SEAL, 2003). Enquanto asdiamidinas, por sua vez, não possuem mecanismo de ação completamente elucidado. Entretanto, o uso combinado das duas drogas apresenta um mecanismo de ação eficaz no tratamento. O uso de antibióticos como bezetacil, anfotericina B e tetraciclina associados a corticóides também são eficazes, mas muitas vezes apresentam alta toxicidade ao paciente. Dentre os benefícios do uso de corticosteroides para o tratamento da CApor Acanthamoeba, estão o alívio da dor e a melhoria da visão a curto e longo prazo (PARQUEet al., 2014). Entretanto, a diminuição da resposta imune causada pelo uso desses medicamentos pode piorar o quadro visto 28 quemacrófagos e neutrófilos são capazes de eliminar facilmente os trofozoítos de Acanthamoeba (KHAN, 2006). Um exemplo clássico da dificuldade no tratamento consiste no regime de rígido no tratamento da CA,que é demonstrado pelo fato das soluções tópicas serem administradas em intervalos inferiores de 1 hora em alguns casos. Ele também é muito longo, podendo demorar até um ano para ser concluído, o que pode gerar completo desconforto e perda da qualidade de vida do paciente, além de custos financeiros (KHAN, 2006). A busca de novos agentes amebicidas é muito importante para melhorar otratamento para amebíase. Atualmente, têmsido testados extratos vegetais com essa finalidade que apresentam baixa toxicidade a células humanas e alta efetividade contra cistos e trofozoítos de Acanthamoeba. Além disso, os avanços das técnicas de biologia molecular para encontrar biomarcadores e entender a patogenicidade de Acanthamoeba podem servir como alvo terapêutico (SIDDIQUI et al., 2016). 2.4 Patogenicidade de Acanthamoeba Embora as manifestações clínicas das infecções acometidas por Acanthamoebasão bem descritas, os mecanismos precisos associados com a patogênese da Acanthamoebanão foram totalmente esclarecidos. Compreender a base da patogenicidade daAcanthamoeba é crucial para o desenvolvimento de intervenções terapêuticas. É bem estabelecido que a patogenicidade seja um processo complexo que envolve múltiplos fatores, tanto voltado em parte pelo parasita quanto em parte pelo hospedeiro, e não há um determinante único que cause ou que permita que esses parasitas produzam essas doenças em humanos. Os fatores conhecidos voltados à patogênese são os mecanismos indiretos e diretos, tanto dependente quanto independente de contato entre a ameba e o tecido do receptor, ligados também às características intrínsecas do hospedeiro. 29 2.4.1 Mecanimos indiretos I. Morfologia: As diferentes formas de vida apresentadas por Acanthamoeba (cistos e trofozoítos) são consideradas mecanismos associados ao poder patogênico deste organismo (DEARBORN; KORN, 1974). O trofozoíto é um fagócito capaz de fagocitar células, processo importante tanto na sobrevivência no ambiente, habilitando-o a incorporar partículas alimentares e outros microrganismos, quanto na patogênese das infecções, por sua habilidade de engolfar partes celulares por formação amebostomos. Além disso, sua forma de resistência conhecida como cistos podem manter sua integridade e conservar a patogenicidade durante vários anos em condições adversas, sendo este um importante fator na propagação de infecções causadas por esta ameba. A capacidade de rápida transformação em cistos tem sido também considerada um fator de patogenicidade (ROCHA AZEVEDOet al., 2009). O encistamento nos tecidos infectados também é considerado uma importante forma de Acanthamoeba resistir ao sistema de defesa do hospedeiro, sobrevivendo a mecanismos inflamatórios e ao uso de para combater a infecção (SIDDIQUIet al., 2009). II. Tolerância à temperatura e osmolaridade e diferentes pHs: Ao estabelecer infecções sistêmicas ou encefalite, Acanthamoebaé exposta a temperaturas maiores do que habitualmente enfrenta no ambiente. De forma similar, na ceratite amebiana, as amebas são expostas à alta osmolaridaderepresentada pela salinidade da lágrima. Portanto, o crescimento a altas temperaturas e a alta osmolaridade é descrito como características associadas à patogenicidade de Acanthamoebaem se estabelecer no hospedeiro (WALOCHNIKet al., 2000; KHAN et al., 2001; KHANet al., 2002). Além disso, Acanthamoeba pode crescer em faixas de pH de 4 a 12 (KHAN et al., 2006), evidenciando uma alta adaptabilidade a condições extremas. III. Resistência a substâncias químicas: Os trofozoítos de Acanthamoebasão considerados sensíveis a uma variedade de compostos usados para o tratamento de infecções, incluindo agentes químicos desinfetantes, como as biguanidinas, compostos quartenários de amômia, cloro, dióxido de cloro e peróxido de hidrogênio (KHAN, 2003). Em relação aos cistos, essa resistência é aumentada, o que, inclusive, constitui um dos problemas no tratamento das 30 infecções, já que as amebas adotam essa forma também nos tecidos afetados·. 2.4.3 Mecanismos diretos I. Adesão: A adesão é um mecanismo dependente de contato considerado o primeiro passo durante a patogênese das infecções por Acanthamoeba, uma vez que os trofozoitos utilizam da aderência em células hospedeiras mediadas por uma adesina, isto é, uma proteína de ligação à manose (MBP) presente na superfície do trofozoito para prosseguir sua invasão para tecidos mais profundos das células epiteliais da córnea. II. Fagocitose e apoptose: A fagocitose em Acanthamoeba foi demonstrada utilizando uma variedade de partículas, incluindo esferas de látex, bactérias e leveduras. Recentemente foi demonstrada também a capacidade da ameba em digerir células epiteliais da córnea, através de estruturas presente na superfície do trofozoito semelhantes a estruturas vistas em outros protozoários, tais como Naegleria eE. histolytica. Vários estudos sugerem que Acanthamoebainduz apoptose em células de neuroblastoma que representam ainda outro mecanismo de morte celular do hospedeiro (SIDIQUI et al 2011)]. Eles observaram que o DNA da célula hospedeira apresentava uma cromatina condensada, formação de membranas e formação de corpos apoptóticos, todos esses marcadores bem conhecidos em condições de apoptose. Contudo, se apoptose e fagocitose têm papéis independentes na patogênese das infecções por Acanthamoeba ou se a apoptose é um processo primário, que é estimulado pela ligação de parasitas com as células hospedeiras e leva a eventos secundários, como a fagocitose ainda permanece desconhecida (SIDIQUI et al.,2011). III. Ecto-ATPases: As Ecto-ATPases são glicoproteínas presentes na membrana plasmática. Quando estas proteínas extracelulares são hidrolisadas o ADP (Adenosina difosfatada) é formado (SISSONSet al., 2004). Este ADP pode ter efeitos tóxicos nas células hospedeiras, sugerindo que as ATPases possuem um importante papel na patogenese de Acanthamoeba. 31 IV. Secreção de proteases: As proteases são produzidas por vários microrganismos como vírus, bactérias, protozoários, leveduras e são capazes de produzir danos à membrana da célula do hospedeiro facilitando a migração durante a infecção. Grandes quantidades dessas proteases são secretadas por cepas Acanthamoeba, sendo que as amebas de origem clínica produzem maior quantidade que as ambientais (KHAN, 2006; LORENZO-MORALES et al., 2015). O principal papel fisiológico das proteases é a degradação do substrato (KHAN, 2006), o que justifica o fato de serem observados em outras amebas de vida livre potencialmente patogênica, como Naegleria, Balamuthia, Entamoeba (KLEMBA & GOLDBERG, 2002). As proteases também são consideradas um fator de virulência relevante na invasão de tecidos, migração do patógeno e no desenvolvimento da patologia no hospedeiro (KHAN et al., 2000; KOESHLER et al., 2009; OMANA-MOLINA et. al., 2013; YANG et al., 2015). 2.5Atividade imunológica em infecções por Acanthamoeba Anteriormente,foram descritos os diversos fatores de patogenia capazes de modular a resposta imunológica do hospedeiro porAcanthamoeba. Os mecanismos de defesa empregados pelo organismo estão diretamente associados aos mecanismos de citólise e ativação celular, tanto de macrófagos, como de neutrófilos, mediados pelo Fator de Necrose Tumoral alfa (TNF-α). A presença de anticorpos específicos favorece a produção de interferon gamma (IFN-γ) (VAN KLINK et al, 1996). Os macrófagos atuam como primeira linha de defesa na eliminação dos trofozoítos, uma vez que foi observado que a sua ausência nos tecidos infectados favorece o aumento da incidência da infecção pelas amebas, agravando a enfermidade e determinando o prolongamento do curso clínico da ceratite (STEWARTet al., 1992). Ainda não é bem elucidado o papel dos neutrófilos frente à infecção, mas sabe-se que essas células são tão importantes quanto os macrófagos na fase inicial de invasão celular considerando que também são encontrados em número elevado em úlceras 32 cutâneas e em córneas de pacientes com ceratite. Acredita-se que sua atividade seja influenciada pela presença do TNF-α (FERRANTE, 1991). Baseado nesses indícios já foi possível determinar que sua atuação apresente um excelente desempenho na eliminação de Acanthamoeba durante a infecção da córnea, através de estudos envolvendo animais de experimentação, nos quais a diminuição significativa do número de neutrófilos está diretamente proporcional ao aparecimento precoce da doença e a sua forma mais agravada, enquanto oaumento dos neutrófilos levou a uma melhora dos animais (HURT et al., 2003). Experimentos in vitro mostram que os anticorpos específicos são capazes de ativar o mecanismo lítico do complemento, porém tem se observado que mesmo que esses anticorpos sejam ausentes, os trofozoítos de Acanthamoeba são capazes de ativar o mecanismo da cascata do complemento. Isto é possível, por causa da presença de proteínas reguladoras do complemento, como a CD55, na composição da lágrima e do epitélio corneal, que protegem o tecido dos trofozoítos de Acanthamoeba (FERRANTE e ROWN-KELLY, 1983; TONEY e MARCIANO-CABRAL, 1998).Estudos abordando a resposta imune após o contato com trofozoítos deAcanthamoeba, in vivo e in vitro, indicaramaumento na expressão de mRNA de TLR4, MyD88, IL-8, TNF-α, IL-12 e NF-kB nas células da córnea de ratos infectadas (RENet al., 2010; REN & WU, 2011). Em outros estudos, houve uma expressão aumentada de TLR4 / TLR2 no cérebro, pulmões e olhos de camundongos infectados por Acanthamoeba cerebral e sistêmica. Os dados indicaram que a presença de padrões moleculares associados a patógenos (PAMPs) de Acanthamoebasão reconhecidos pelo hospedeiro (DERDA et al., 2016; WOJTKOWIAK-GIERA et al., 2016; KOTet al., 2019). As proteases produzidas pelos trofozoítos são capazes de induzir a produção de IL-12e IL-6em macrófagos murinos (CANOet al., 2019). Os mecanismos envolvidos na liberação de proteases na matriz extracelular podem incluir a liberação direta pelos parasitas ou compartimentadas em vesículas. 33 2.6Vesículas extracelulares As vesículas extracelulares (VEs) são estruturas membranares produzidas e liberadas por vários tipos celulares. Existem três tipos principais de vesículas extracelulares: os corpos apoptoticos, as microvesículas e os exossomos. (Figura 7). Figura 7: Liberação de microvesículas e exossomos.As MVs originam-se diretamente por brotamento da membrana plasmática (1). Os exosomos, por sua vez, são formados no interior de corpos multivesiculares (MVBs) por invaginação das membranas de endosomos precoces (2). Os exosomos são liberados pela fusão de MVBs com a membrana plasmática (3). MVBs podem sofrer fusão com lisossomos (4). Símbolos representativos indicados no quadro à direita (Modificado de Raposo, G. 2013). Os corpos apoptóticos apresentam o tamanho de 1 a 5 µm e a sua liberação já é bem conhecida em células danificadas ou em apoptose (HRISTOV et al., 2004). Embora os corpos apoptóticos sejam bem descritos em células danificadas, apenas recentemente a produção de VEs por células viáveis ou normais tem sido descrita.Neste contexto as microvesículas (MVs) e os exossomos apresentam uma maior relevância, considerando que a sua produção seja um aspecto do metabolismo regular das células viáveis. Conceitualmente, a classificação é baseada quanto ao seu tamanho,origem e 34 conteúdo. Enquanto as MVs são liberadas a partir da membrana plasmática e apresenta o tamanho de 100nm a 1µm de diâmetro (RAPOSO; STOORVOGEL, 2013), os exossomos variam o tamanho entre 30 a 150 nanômetros e possuem uma origem endocítica, sendo liberados após a fusão de corpos multivesiculares com a membrana (STOORVOGEL et al., 2002). Além da sobreposição de tamanho entre estas duas classes, diferenças em propriedades tais como a morfologia, densidade flutuante e composição são insuficientes para uma distinção clara entre elas (BOBRIE et al., 2011).Além da sobreposição de tamanho entre estas duas classes, diferenças em propriedades tais como a morfologia, densidade flutuante e composição são insuficientes para uma distinção clara entre elas (BOBRIE et al., 2011). 2.6.1 Interação e função das VEs As funções das VEs em processos fisiológicos ou patológicos dependem da sua capacidade de interagir com as células-alvo e o tipo de célula que produz (Figura 8). Sua produção já foi demonstrada em diferentes organismos e circunstâncias diferentes (BARTENEVA; MALTSEV; VOROBJEV, 2013). Figura 8:Esquema de transferência de estruturas por VEs. As proteínas asssociadas à membrana (triângulos), as transmembranares (retângulos) e RNAs (retas sigmóides) são seletivamente incorporados em VEs. As VEs podem encaixar na membrana plasmática de 35 uma célula-alvo (1). As vesículas ligadas podem fundir-se diretamente com a membrana plasmática (2) ou ser endocitados (3). As vesículas endocitadas podem fundir-se com a membrana de um compartimento endocítico (4).Ambas as vias resultam na liberação de proteínas e RNAs na membrana ou citosol da célula alvo. A fusão e a endocitose são realizadas apenas por exossomos, mas as MVs derivadas da membrana plasmática podem ter destinos semelhantes. 36 Há diferentes tipos de interação das VEs com as células-alvo (RAPOSO; STOORVOGEL, 2013). Em alguns casos, esta interação é restringida a superfície celular através da ligação ao receptor. Outro caso envolvido com a ligação a receptores éseguida por fusão da vesícula com a membrana plasmática da célula alvo; ou inclusive a captação endocítica da vesícula. Neste último caso, as VEs podem permanecer dentro de endossomos e serem direcionadas para um lisossomo ou pode ocorrer à fusão da membrana da VE com a membrana do endossomo, com a consequente descarga do conteúdo para o citoplasma (transferência horizontal); ou as VEs podem ser devolvidas para o espaço extracelular após a fusão da membrana do endossomo contendo VEs com a membrana plasmática (transcitose)(TORRECILHAS et al., 2012). Desta forma, a interação de VEs com células-alvo permite a transferência intercelular de componentes de membrana. Além de moléculas de superfície e proteínas citoplasmáticas, o mRNAs e miRNAs podem ser direcionados para as células-alvo. Esta transferência de material pode representar um mecanismo de transferência genética, permitindo que diferentes tipos celulares influenciem no fenótipo de outras células através da liberação de VEs(COLOMBO; RAPOSO; THÉRY, 2014; TORRECILHAS et al., 2012). A interação das VEs liberadas por células secretoras com as células - alvo é específica, é necessário que haja reconhecimento através de receptores específicos e não de forma aleatória, com qualquer célula após um contato qualquer sem reconhecimento. Por exemplo, as vesículas liberadas por plaquetas interagem com macrófagos e células do endotélio, mas não com neutrófilos(COCUCCI; RACCHETTI; MELDOLESI, 2009). Esta especificidade parece está determinada por moléculas de adesão presentes na superfície das VEs. A descoberta que vesículas extracelulares participam em mecanismos de comunicação intercelular à distância (VALADI et al., 2007) levou a um interesse renovado sobre esta classe de estruturas e os estudos mostraram 37 que estas estruturas podem atuar em processos neoplásicos e distúrbios trombóticos, imunológicos e hematológicos (MENCK et al., 2017). Além da comunicação interna, VEs vem sendo particularmente importante no processo de interação parasito-hospedeiro em protozoários, associadas como fator de virulência em mecanismos invasivos de diversos parasitas, como Plasmodium falciparum (MANTEL; MARTI, 2014a), Trypanosoma cruzi (CAMPOS et al., 2015), Leishmania sp (ATAYDE et al., 2015), Trichomonas vaginallis (TWU et al., 2013)(Tabela 1). . Tabela 1: Função das vesículas extracelulares em diferentes parasitos humanos Protozoário Função das VEs Referências Trichomonas vaginalis Aumento da adesão de parasitas. (TWU et al., 2013) Trypanosoma cruzi Aumento da penetração em células hospedeiras (TORRECILHAS et al., 2009) Plasmodium falciparum Transferência de fatores de resistência a drogas e envolvimento na diferenciação sexual (MANTEL; MARTI, 2014a) Toxoplasma gondii Estimulação de resposta pró- inflamatória (BHATNAGAR et al., 2007) Leishmania Modulação da resposta imune (SILVERMAN; REINER, 2011) Trypanosoma brucei Exportação de proteínas (GEIGER et al., 2010) Acanthamoebaca stellani Carreia lipases, proteases e glicosidases sem significado biológico bem elucidado. (GONÇALVES et al., 2019) A patogênese das infecções por Acanthamoeba é dependente de diversos fatores já citados como a produção de substâncias citopáticas como enzimas proteolíticas, glicoproteínas com manose e resíduos de N-acetilglucosamina 38 que levam à lesão do hospedeiro (ALIZADEH et al., 2008; SIDDIQUI; KHAN, 2012). A produção dessas substâncias parece estar associada a características intrínsecas da linhagem, sendo possível identificar proteases específicas expressas em cepas consideradas patogênicas e não observadas nas não patogênicas (KHAN et al., 2006). Outro aspecto importante é a produção do efeito citotóxico causado sem a necessidade do contato direto com o tecido. Esta ação a distância pode ser mediada por meio de estruturas membranares ou endocíticas, sendo liberadas pelo protozoárioisoladas ou compartimentadas em vesículas, assim como visto em outros parasitas. Portanto, estudar e conhecer as propriedades das vesículas extracelulares produzidas pelos trofozoítos de diferentes linhagenspode auxiliar no conhecimento da patogênese desse organismo.(GONÇALVES et al., 2019). 39 3. OBJETIVOS 3.1 Objetivo Geral: Avaliar comparativamente VEs produzidas por Acanthamoeba de diferentes genótipos quanto a características físicas e funcionais 3.2 Objetivos Específicos: 3.2.1 Obter e purificar VEs de quatro cepas de Acanthamoeba de genótipos distintos(T1,T2, T4 e T11) por centrifugação diferencial; 3.2.2. Caracterizar as VEs quanto ao seu tamanho e quantidade produzida pelas diferentes cepas de Acanthamoeba; 3.2.3 Avaliar o perfil das proteases de VEs de Acanthamoeba e a sua atividade; 3.2.4Avaliar o potencial pró-inflamatório das VEs em ensaios de produção de óxido nítrico, IL-6e TNF-α por macrófagos peritoniais de linhagens distintas de camundongos (BALBC, C57BL/6 selvagem e nocautesToll-like 2 e 4). 3.2.5Avaliar o papel das proteases carreadas pelas VEs na atividade pró- inflamatória em macrófagos murinos. . 40 4. METODOLOGIA 4.1 Cultivo dos Isolados de Acanthamoeba Quatro isolados de genótipos distintos de Acanthamoeba foram utilizados,conforme descrito abaixo: I. ALX: isolado obtido de um caso clínico de ceratite amebiana, em 2006, na cidade de Vitória, Espírito Santo, Brasil. O isolamento foi realizado em placas de ágar soja contendo 200μL de Escherichia coli (ATCC 25922) e no mesmo ano a cultura foi axenizada em meio PYG (proteose-peptona extrato de levedo) com 10% de soro bovino fetal. Este isolado apresenta características de maior patogenicidade conforme testes fisiológicos de termo e osmotolerância e apresenta características do grupo morfológico II pertencente ao genótipo T4 (DUARTE et al., 2013). II. R2P5:isolado obtidode poeira doméstica também na cidade de Vitória, Espírito Santo, em meio ágar soja, tem características do grupo morfológico II de Pussard e Pons (1978) e pertence ao genótipo T1, conforme descrito por POSSAMAI (2018). O genótipo T1 tem sido encontrado em casos de encefalite amebiana granulomatosa (SISSONS et al., 2004). Em 2014 o isolado R2P5 foi axenizado em PYG com 10% de soro bovino fetal no Laboratório de Parasitologia Clínica da Faculdade de Farmácia – UFMG por tratamento de cistos com antibióticos conforme descrito por ALFIERI (2000) e modificado por DUARTE (2013) (ALFIERI et al., 2000; DUARTE et al., 2013). III. AP4: cepa obtida do American Type Culture Collectionde código ATCC #30872, que apresenta características de menor patogenicidade, conforme estudo de ROCHA-AZEVEDO & SILVA-FILHO (2007). Em outro estudo, porém, essa cepa induziu encefalite e infecção sistêmica após reisolamentos de modelo animal (VERÍSSIMOet al 2013) indicando que apresenta certo potencial patogênico. É uma cepa de origem ambiental isolada de água (Turkegee, Alabama, Estados Unidos da América) e identificada como genótipo T2 por DUARTE et al. (2013) e vem sendo mantida no laboratório em meio PYG com 10% de soro bovino fetal. IV. AR15:isolado obtido de poeira de janela em ambiente doméstico, na cidade de Vitória, Espírito Santo, em meio ágar soja e axenizado em meio PYG 41 com 10% de soro bovino fetal em 2007. Apresenta características de baixa patogenicidade, conforme testes fisiológicos e foi classificada como pertencente ao genótipo T11 (DUARTE et al., 2013). As características das amostras estão resumidas na Tabela 2. Para os experimentos, as culturas foram adaptadas a PYG sem soro bovino fetal, contendoantibiótico enrofloxacina (10 µg/mL). Os repiques de manutenção foram realizados em tubos com 5 mL do mesmo meio, à temperatura ambiente, mensalmente. Tabela 2Características principais das amostras de Acanthamoeba utilizadas no presente estudo: Isolados Origem Isolamento (a) Axenização(b) Genótipo(c) Osmotolerância (1M)/ termotolerância(d) ALX Caso de ceratite, Vitória, ES- Brasil 2006 2006 T4 + / 42°C R2P5 Ambiente doméstico Vitória, ES- Brasil 2011 2014 T1 - /40º C AP4 Água- Turkegee, AL-EUA (ATCC3087 2) 1965 NC T2 NC AR15 Ambiente doméstico Vitória, ES- Brasil 2007 2008 T11 - / 37°C (a) Isolamento realizado em placa de meio semi-sólido (ágar soja) com Escherichia coli (b) Tratamento de cistos com antibióticos e axenização em meio PYG com 10% de soro bovino fetal (DUARTE et al., 2013; POSSAMAI et al., 2018). (c) Genotipagem por sequenciamento de fragmento do 18S rDNA (DUARTE et al., 2013, POSSAMAI et al., 2018). (d) Ensaios de patogenicidade em cultivo em meio semi-sólido (ágar soja), com tolerância a 1M e a 40ºC/42º C sendo indicativos de maior patogenicidade. NC: não conhecido 42 4.2 Condições de vesiculação Para a realização dos ensaios de vesiculação, as culturas foram repicadas semanalmente em garrafas de cultivo de área 75 cm2 com 200mL de meio PYG com antibiótico (enrofloxacina 10g/mL) e incubadas em estufa a 32º C. Os repiques escalonados foram realizados para obter a concentração aproximada de 107 trofozoítos por mL,após 72h de crescimento (fase exponencial). Os trofozoítos foram transferidos das garrafas para tubos de 15mL, submetidos a duas lavagens em Salina de Pagepor centrifugação a 400 x g por 10 minutos em temperatura ambiente. Os trofozoítos foram quantificados em Câmara de Neubauer, usando Trypan blue 0,4 % para exclusão de formas inviáveis e então submetidos a uma lavagem adicional por centrifugação, realizada em meio de RPMI - 1640, livre de soro bovino fetal, preparado com água ultrapura e filtrado em membrana de 0,22 μm. O sedimento foi suspendido em meio RPMI e uma quantidade contendo 1 x 107 trofozoítos foi transferida para 20 mL desse mesmo meio, em tubos cônicos graduados de 50 mL resultando em uma concentração final de 5 x 105 trofozoítos/mL.Os tubos foram incubados em estufa a 37º C para a vesiculação, por 2 horas sob agitação de 180 rpm. Após esse período, uma alíquota de 100 L do material foi retirada para avaliação da viabilidade celular, em câmara de Neubauer utilizando Trypan blue 0,4%. 4.3 Isolamento das vesículas extracelulares As culturas vesiculadas foram submetidasà centrifugação diferencial para separação das vesículas extracelulares, conforme a seguir: 1. Os 20 mL da cultura foram centrifugados a 700 x g durante 10 min, a 20º C para sedimentação dos trofozoítos. O sobrenadante contendo as vesículas extracelulares foi transferido a um novo tubo. 2. O sobrenadante foi centrifugado a 2000 x g durante 10 min a 20º C para sedimentação de detritos celulares. 3. O sobrenadante contendo as VEs foi recuperado e filtrado em filtro 0,22 µm (Millipore®). O filtrado foi submetido à ultracentrifugação a 100.000 x g durante 120 min a 4ºC, em ultracentrífuga Beckman Coulter, Inc. O 43 sobrenadante foi descartado e as VEs foram suspensas em 100 uL de meio RPMI - 1640 pH 7,2 (previamente filtrado com membrana de 0,22 µm, Millipore®). Essas amostras foram armazenadas a -80ºC. 4.4 Análise de rastreamento de nanopartículas (NTA) As amostras purificadas após a ultracentrifugação foram quantificadas e avaliadas por Análise de rastreamento de nanopartículas (Nanotracking Particle Analysis- NTA), utilizando o equipamento Nanosight LM10. O sistema NanoSight LM10 (NanoSight Ltd. Amesbury, Reino Unido) utiliza uma tecnologia baseada no espalhamento dinâmico de luz e no movimento Browniano para obter distribuição de tamanho e concentração das partículas em suspensão. As partículas no fluido são iluminadas por um feixe de laser (532 nm) finamente focado através de um prisma de vidro. As partículas foram visualizadas utilizando um microscópio óptico convencional, com aumento de 20x equipado com uma câmera de vídeo com sensor de imagem tipo SCMOS (scientific complementary metal-oxide semiconductor). Para as análises, as amostras foram diluídas 10 vezes em PBS, previamente autoclavado e filtrado em membrana de 0,22 µm (Millipore®). Para cada amostra, foram feitas leituras em triplicata de vídeos de 60 segundos de duração com 25 quadros por segundo (25 FPS) e temperatura fixa de 25 oC. Os parâmetros Blur e Max Jump Distance permaneceram configurados na opção automática, o parâmetro nível da câmara variou entre 9 e 10 e o limite de detecção foi configurado em 3 para todas as leituras. Como controles negativos, foram usadas as amostras de meio submetidas ao processo de vesiculação, sem trofozoítos. As análises foram realizadas com o programa NTA (versão 3.0). 4.5 Microscopia eletrônica A microscopia eletrônica foi utilizada para identificar e confirmar por imagem a produção de vesículas pelos isolados. Trofozoítos de Acanthamoebaem garrafas de cultivo, incubados a 32º C, foram preparados e 44 transferidospara meio de vesiculação (RPMI), conforme item anterior 3.2. A vesiculação foi realizada a 37º C sob agitação por uma hora. Os trofozoítos foram concentrados por centrifugação (400g a 4°C) e suspendidos em meio RPMI fresco, com menor volume para obter a concentração de 1x107 trofozoítos por mL. Para microscopia eletrônica de varredura (MEV), as amostras foram fixadas durante 60 minutos em temperatura ambiente, com 2,5% de glutaraldeído em tampão de fosfato 0,1 M (pH 7,2), contendo sacarose 0,146 M e CaCl2 5 mM. Após a fixação, as amostras foram transferidas e pós-fixadas em 1% de tetróxido de ósmio, desidratado em gradiente de etanol, seguida por gradiente de acetona (25 mM) e incorporado em resina Epon, corados por acetato de uranila. As amostras foram fotografadas em microscópio eletrônico JEOL JSM-5600 e documentadas. Para a microscopia eletrônica de transmissão (MET), o sedimento resultante do processo de vesiculação foi suspendido em tampão de fosfato 0,1M com 2,5% Glutaraldeído em formaldeído para a fixação primária. A amostra foi incluída em agarose a 4% em uranila para proteção aos processos envolvendo os reagentes químicos. A fixação secundária foi realizada com 2% de tetróxido de ósmio (OsO4) e mantida por uma hora em temperatura ambiente. Após a fixação secundária, foram realizadas sucessivas lavagens com água ultrapura para retirada do tetróxido de ósmio por centrifugação a 400 g por 2 minutos em temperatura ambiente e consecutivos banhos de desidratação em gradiente de acetona e etanol (30,50,70 e 100%) para a inclusão da amostra em uma resina de epon miscível em acetona que permaneceu polimerizando por 24 horas. A resina já polimerizada passou por uma triagem em um ultramicrótomo realizando cortes semifinos utilizando bisturi de diamantes de 1 µm em lâminas sob a água, ressecados em chapa de platina aquecida a 100°C, corados com azul de toluidina a 4% e visualizados em microscópio ótico convencional para visualização dos trofozoítos de Acanthamoeba. Após a confirmação da morfologia celular intacta, as amostras incluídas na resina novamente foram cortadas com cortes semifinos com lâminas de 50 a 70 µm. As fatias cortadas foram coletadas com uma grade de 45 cobre coberta com carbono, contrastadas com citrato de chumbo e visualizadas diretamente no microscópio eletrônico de transmissão Tecnai G2-12- SpiritBiotwin FEI – 120 Kv, do Centro de Microscopia da UFMG. 4.6 Atividade de proteases nas VEs de Acanthamoeba Com o intuito de avaliar se a VEs secretadas por Acanthamoeba apresentam atividade de proteases, foi realizado o Ensaio de Zimografia, com base nos procedimentos de CARVALHO et al. (2011), com algumas modificações. Amostras de 25 μg das vesículas extracelulares produzidas e purificadas foram utilizadas para cada isolado, em quatro alíquotas para cada um, sendo uma correspondente ao extrato original e as outras três previamente incubadas com um inibidor de proteases por 30 minutos a temperatura ambiente. Os inibidores utilizados foram fluoreto de fenilmetilsulfonil (PMSF) na concentração de 1 mM, ácido etilenodiamino tetra-acético (EDTA) a 50 mM e E64 a 10 mM, inibidores de serino, metalo e cisteína proteases, respectivamente. As amostras foram diluídas em tampão de amostra não redutor 6X (BIORAD ®) e analisados por SDS PAGE co-polimerizado com 100 mg/mL de gelatina. A corrida foi realizada em tampão PH 7,4 a 80 V para a largada do gel de compactação e a 100 V para a corrida no gel de fracionamento. Após a separação das proteínas, o gel foi incubado em 2,5% de solução de Triton X-100 por 60 minutos para hidratação, sendo em seguida transferido para os tampões de desenvolvimento para a atividade proteolítica, sendo um tampão de pH neutro (50 mM de Tris-HCl, pH 7.4, contendo 10 mM de CaCl2) e um tampão ácido (acetato de sódio, pH 3,5) na temperatura de 37°C por 48 horas. Após esse período, o gel foi incubado em Coomassie Brilliant Blue para coloração por três horas e em seguida, foi descorado por três vezes sequenciais (tempos de 15, 30 e 60 minutos) em solução descorante de metanol (30%) e ácido acético (10%) para a visualização das bandas claras correspondentes às áreas de digestão pelas proteases. 46 4.7Indução de marcadores inflamatórios por VEsde Acanthamoeba 4.7.1 Animais Os macrófagos peritoneais foram obtidos de camundongos BALB/c, C57BL/6 selvagem e seus respectivos knockout para receptores Toll, sendo C57BL/6 TLR2−/− e C57BL/6 TLR4−/−.Os animais foram mantidos no biotério do Instituto René Rachou-Fiocruz Minas e manuseados de acordo com as boas práticas em experimentação animal. Os experimentos foram aprovados pelo Comitê de Ética em Experimentação Animal (CEUA) da Fundação Oswaldo Cruz (FIOCRUZ), sob o número de protocolo P-17/14-2. 4.7.2 Preparo dos macrófagos Os animais foram submetidos à aplicação intraperitoneal de tioglicolato de sódio a 2% eapós 72 horas, foram sedados, anestesiados, abertos delicadamente sem ferir o peritônio. Osmacrófagos intraperitoniais foram recuperados por suspensão em meio RPMI – 1640 sem soro bovino fetal, seguido de três lavagens com solução de PBS estéril a 4°C em 400xg por 10 minutos. Após o procedimento, os animais foram eutanasiados por deslocamento cervical. Os macrófagos obtidos foram suspendidos em RPMI acrescido a 10% com soro bovino fetal, quantificados e um total de 1x105 células foram plaqueadas individualmente em poços de 200 μL. Após a incubação em estufa a 37º C com 5% de CO2 por 5 horas, o sobrenadante da cultura celular foi removido para a retirada de células não aderentes.Por fim, interferon gama (INF ) na concentração de 3U/mL foi adicionado às culturas, que foram incubadas novamente por 18 horas nas mesmas condições anteriores. 4.7.3 Estimulação dos macrófagos Os macrófagos primados com INF foram estimulados com 5 x 108vesículas/mL(108 por poço). Como controles positivos, foram incluídos o lipopolissacarídeo (LPS) de Escherichia coli(100 ng/mL) e extrato de 47 Staphylococcus aureus(100 ng/mL). O meio RPMI com IFN‐γ (3U/mL) foi utilizado como controle negativo. Paralelamente, foi realizada a estimulação com extrato celular de trofozoítos para avaliar a viabilidade dos macrófagos, conforme procedimentos detalhados posteriormente no item 3.7.6.Os lisados foram preparados com trofozoítos em tampão RIPA (1x PBS, 1% Nonidet P-40, 0.5% desoxicolato de sódio, 0.1% SDS) acrescido de inibidores de proteases e fosfatases (PMSF 0,1%, Aprotinina 50 KIU/ml e 100 mM ortovanadato de sódio). Cada poço recebeu 10 µL de lisado, correspondente a 106 trofozoítos, resultando numa proporção de 10 amebas para um macrófago. A placa foi incubada por 48 horas a 37º C, em estufa a 5% de CO2. Ao final do período de incubação, a placa foi centrifugada a 700g X por 10 minutos e a 4°C, e o sobrenadante foi utilizado para dosagem de óxido nítrico e de citocinas. 4.7.4 Dosagem de óxido nítrico A realização da curva da Griess e dosagem de óxido nítrico foi realizada conforme descrita pelo fabricante (kit Griess Reagent System, Promega).Resumidamente, 50 μL da solução de sulfalidamida (1% de sulfalidamida em 5% de ácido fosfórico) foram adicionados ao sobrenadante e mantidos por 10 minutos a temperatura ambiente protegida da luz. O reagente NED (cloridrato de N-(1-naftil) etilenodiamina)foi adicionado às amostras e a concentração de nitrito produzida pelos macrófagos foi comparada aos níveis detectados em filtro de 540 nm em leitor de placas com os obtidos em curva padrão de concentrações conhecidas de nitrato de sódio NaNO3 fornecidos pelo kit. Essa metodologia permite quantificar os níveis de NO através do nitrito (NO2) que reage com a sulfanilamida para produzir o íon diazonido. Os nitrogênios (diazo compostos) reagem com o reagente NED, formando um cromóforo de coloração rosa que apresenta boa leitura em picos de absorvância de 540 nm (BRYAN; GRISHAM, 2007). Esse ensaio foi realizado em todas as linhagens demacrófagos conforme descrito na Figura 9. 48 4.7.5Dosagem de IL-6 e TNF- α Uma outra fração do sobrenadante foi utilizada para dosagem da citocina pró-inflamatória IL-6 e TNF-α utilizando o método de Cytometric Bead Array - CBA (BD, Pharmingen, EUA) que se baseia no uso de esferas de poliestireno marcadas com diferentes graus de fluorescência, recobertas com anticorpos específicos, que são detectados nos canais FL3 ou FL4. Esse sistema permite uma análise quantitativa das citocinas marcadas com ficoeritrina - PE. Resumidamente, 50 µL do sobrenadante da amostra foram misturados a 50 µL de duas populações distintas de beads com distintas intensidades de fluorescência conjugadas a anticorpos de captura específicos anti-citocinas IL-6 e TNF-α (Cytokine Kit, BD, Pharmingen, EUA; Catalog. n. 560484) e em seguida foi adicionado 50 µL do reagente de detecção das citocinas. Em seguida, 18 µL do coquetel de anticorpos foram conjugados com ficoeritrina – PE e incubados por 3 horas, à temperatura ambiente sob abrigo de luz. Após a incubação, as esferas de captura foram lavadas com PBS e centrifugadas a 340 g, por 7 minutos e o sobrenadante foi descartado. O mesmo procedimento foi realizado para a obtenção da curva-padrão. Os resultados foram gerados em gráficos e tabelas utilizando-se o software CellQuest (BD).Esse ensaio foi realizado em nas linhagens de camundongo Balb C e C57BL / 6 selvagem conforme descrito na Figura 9. 4.7.6 Viabilidade dos macrófagos estimulados por VEs e lisado celular Para avaliar a viabilidade dos macrófagos após a estimulação com VEs e com lisado de trofozoítos, foi utilizado o teste de MTT {brometo de [3-(4,5- dimetiltiazol-2yl)-2,5-difenil tetrazolium]}, que é um ensaio colorimétrico usado para avaliar a viabilidade celular. Desidrogenases mitocondriais, presentes apenas em células metabolicamente viáveis, clivam o anel de tetrazólio, transformando-se de um composto de coloração amarela em um composto de coloração azul escuro, chamado de formazan {E,Z- 1-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)- 1,3-diphenylformazan}, que são cristais insolúveis em soluções aquosas. Assim sendo, a produção de formazan reflete o estado funcional da cadeia 49 respiratória. Após a retirada de todo o sobrenadante, os macrófagos aderidos aos poços da placa foram lavados duas vezes com 200 µL de PBS estéril a temperatura de 4ºC e posteriormente foi adicionado 100 µL da solução de MTT a 0,5mg/mL. A placa foiincubada por 2 horas em estufa a 37º C com 5% de CO2. A solução de MTT foi retirada e em seguida, 100µL de DMSO puro foi adicionado a cada poço. A placa foi agitada por 5 minutos e depois foi deixada em repouso por mais 5 minutos para estabilização da cor. A leitura foi feita em leitor de ELISA a 540 nm. 4.7.7Papel das proteases carreadas por VEs na produção de NO Para avaliar a relação das proteases carreadas pelas VEs com a ação pró-inflamatória, VEs de duas linhagens de maior potencial patogênico que apresentaram melhor desempenho na zimografia(ALX e R2P5) foram utilizadas em um ensaio de produção de NO. Macrófagos peritoneais de camundongos Balb/C foram preparados conforme descrito anteriormente (item 4.7.2) eforam estimulados com VEs (5 × 108 /mL) não tratadas e também submetidas aos seguintes tratamentos prévios: (1) incubação à temperatura ambiente, por 30 minutos,com os inibidores de serinoproteases, metaloproteases e cisteínaproteases (PMSF, EDTA, E64 a 5mM); (2) aquecimento a 100º C por 5 minutos em banho maria. O Lipopolissacarídeo (LPS)eo meio RPMI foram usados como controles adicionais positivo e negativo, respectivamente. A incubação, recuperação do sobrenadante e dosagem de NO foi realizada conforme descrito nos itens 4.7.3e 4.7.4. 4.8 Análise estatística As diferenças no tamanho e concentração de VEs foram analisadas pelo teste One-Way ANOVA para amostras com a distribuição normal e pelo Kruskal- Wallis para os dados não paramétricos, utilizando o software GraphPad Prism 5.0. O nível de significância foi de 95% (p<0.05). Os resultados dos ensaios com macrófagos murinos foram avaliados por meio do teste não paramétrico de Kruskal-Wallis seguido pelo teste post hoc de 50 Dunn para comparações múltiplas entre grupos (linhas acima das barras). O teste T de Student foi usado para comparar as diferenças de estimulação dos marcadores entre cada amostra de Acanthamoeba e as letras acima das barras indicam diferenças estatísticas (p <0,05) (NOGUEIRA et al., 2020). 51 . Figura 9:Metodologia resumida e esquematizada.Os quatro genótipos foram preparados conforme descrito detalhadamente nos itens anteriores da metodologia para seus respectivos ensaios em diferentes etapas do isolamento das vesículas. As quatro linhagens de camundongos foram utilizadas para diferentes ensaios com diferentes amostras. As linhagens Balb/C, C57Bl/6, TLR2KO e TLR4KO utilizaram extrato celular e VEs para a dosagem de óxido nítrico. As linhagens selvagens (Balb/C e C57Bl/6) utilizaram as mesmas amostras para avaliar a produção de óxido nítrico, IL-6 e TNF-α, sendo que o selvagem Balb/C utilizou vesículas e inibidores de proteases das cepas de genótipos considerados mais patogênicos (ALX-T4 e R2P5-T1). 52 5. RESULTADOS 5.1Acanthamoeba produz VEs com características comuns entre os diferentes genótipos A avaliação por NTA das preparações vesiculares indicou que as diferentes cepas de Acanthamoebaproduzem VEs com perfil homogêneo, conforme indicado pela ausência de picos secundários (Figura 10 A-D), com predominância de tamanhos entre 100 a 200 nm (Figura 10 E).Quando avaliadas as replicatas das medições capturadas pelo software (10 para cada amostra), foi observado tamanhos de VEs entre 120 nm a 186 nm e concentrações entre 3,4 x 109 a 5,1 x 1011 partículas/mL (Figura 10 F- G).Comparando o tamanho e quantidade de VEs entre as amostras dos diferentes genótipos, não foram observadas diferenças significativas no perfil de produção entre elas (p=0,2801). 53 Figura 10:Análise de rastreamento de partículas (NTA) de vesículas extracelulares (VEs) de Acanthamoeba.A-D: Gráficos de distribuição gerados por NTA representativo de uma das replicatas de VEs produzidas pelas cepas ALX (genótipo T4), R2P5 (genótipo T1), AP4 (genótipo T2) e AR15 (genótipo T11) de Acanthamoeba, respectivamente. E. Distribuição dos tamanhos em relação à quantidade de VEs produzidas pelas cepas de Acanthamoeba correspondente a replicata representada. F- G. Comparação entre replicatas de medições (n=10) de tamanho e quantidade de VEs produzidas pelas cepas de Acanthamoeba. Não houve diferença significativa entre as diferentes cepas (p= 0,2801, Teste ANOVA p<0,05). 54 Nas imagens de MEV obtidas, foi possível visualizar a presença de acantopódios numerosos, estruturas típicas desse gênero, nos trofozoítos das quatro amostras (Figura 11 A, C, E, G). Os isolados ALX e R2P5 apresentaram aparentemente maior número de acantopódios. Além disso, a MEV permitiu visualizar claramente estruturas vesiculares compatíveis com VEs na superfície dos trofozoítos (Figura 11 A-H). Em relação à MET, foi possível visualizar o citoplasma granuloso contendo materiais ribossômicos distribuídos em algumas imagens e a presença de mitocôndrias (Figura 12 A-H).Estruturas compatíveis com VEs foram visualizadas tanto no citoplasma (Figura 12 A, B) quanto sendo exteriorizadas na superfície celular (Figura 12 D), apresentando aspecto caraterístico de bicamada lipídica. 55 Figura 11:Microscopia eletrônica de varredurade trofozoítos de Acanthamoeba em processo de vesiculação.: As imagens foram capturadas durante o processo de vesiculação pelos trofozoitos de diferentes genótipos e origens de Acanthamoeba ALX-T4 (A-B), R2P5 –T1 (C-D), AP4-T2(E-F),AR15-T11(G-H). A fileira da esquerda (A,C,E e G) apresenta as células emitindo os acantopódios (setas brancas) que são estruturas típicas do gênero e a fileira da direita, em maior tamanho, indica a presença de estruturas compatíveis com VEs na superfície dos trofozoítos indicadas pelas setas pretas (B,D,F,e H). 56 Figura 12:Microscopias eletrônicas de transmissão de trofozoítos de Acanthamoeba em vesiculação. Cepas ALX, genótipo T4 (A-B), R2P5, genótipo T1 (C-D), AP4, genótipo T2 (E-F) e AR15, genótipo T11 (G-H). A fileira da esquerda (A,C,E,e G) indica, em tamanho menor, a presença de VEs no interior das células, citoplasma rico em material ribossômico, mitocôndrias (mi), na fileira da direita (B,D,F e G) indicam a presença de VEs próximas as membranas celulares. 57 5.2 As VEs carreiam proteases predominantemente classificadas como serinoproteases As amostras de VEs purificadas foram avaliadas quanto à presença de proteases, que são consideradas fatores envolvidos na patogênese de Acanthamoeba. Em tampões de pH ácido e neutro, foi possível visualizar áreas de degradação da gelatina, devido a atividade de proteases. O ensaio de zimografia indiciou que as VEs de todas as cepas testadas exibiram atividade em pH 7,4, com padrão de bandas idêntico de 100, 59 e 47 kDa (Figura 13, painel superior). Entretanto, a atividade mais intensa foi observada nas amostras correspondentes às cepas ALX e R2P5 (genótipos T4 e T1, respectivamente). Em meio ácido (pH 3,5), essas duas cepas exibiram bandas mais evidentes de 100 e 59 kDa, enquanto uma atividade muito fraca de banda de 100 kDa foi detectada em amostras correspondentes às cepas AP4 (T2) e AR15 (T11) (Figura 13, painel inferior). A atividade das proteases foi totalmente anulada pelo inibidor da serinoprotease (PMSF) em ambos os pHs (Figura 3, painéis inferior e superior do PMSF). O inibidor de metaloproteases (EDTA) e cisteína protease (E64) diminuíram a intensidade do sinal nas bandas das cepas T4(ALX) e T1(R2P5), em comparação com controles não tratados em ambos os pHs (Figura 13, EDTA e E64 painéis inferior e superior). Além disso, uma diminuição da atividade da protease de 47 kDa por esses inibidores foi observado em VEs de todas as cepas em pH 7,4 (Figura 13, EDTA e E64, painéis superiores). Estes inibidores não afetaram substancialmente o perfil de proteases das cepas T4 (ALX) e T1(R2P5) em pH 3,5, no entanto, uma banda de 100 kDa tornou-se evidente nas amostras de VEs T2 e T11 (100 kDa)(Figura 13, EDTA e E64, painéis inferiores). 58 Figura 13:Zimografia das VEs de cepas de Acanthamoeba. Amostras de VEs aplicadas em gel de poliacrilamida 10% copolimerizada com gelatina a 10mg/mL. Amostras aplicadas sem inibidores de protease estão na primeira coluna à esquerda e na sequência, as amostras foram tratadas por 30 minutos antes da aplicação, com PMSF (5 mM), EDTA (50 m ) e E64 (10 mM ), respectivamente. Na fileira superior, a reação de digestão foi realizada em tampão de TRIS- HCL/CaCl2 pH 7,4. Na inferior, foi utilizado tampão de acetato de sódio pH 3,5. Cada cepa foi designada por seu genótipo (T4=ALX, T1=R2P5, T2=AP4 e T11=AR15). PM representa marcador de massa molecular e as marcações com traços na borda dos géis a massa estimada das bandas principais (100kDa, 75kDa, 59 kDa e 47kDa de cima para baixo em todos os géis). 5.3 As VEs das cepas patogênicas e não patogênicas apresentaram diferentes níveis de ativação pró-inflamatória em macrófagos murinos Na avaliação funcional das VEs em relação à ativação de macrófagos peritoneais murinos, um perfil de ativação semelhante foi observado em macrófagos BALB / C e C57BL / 6, na qual a cepa AR15 (T11) induziu uma maior produção de NO do que as outras cepas (Figura 14). Em camundongos C57BL / 6 e C57BL / knockout TLR2 (- / -) e TLR4 (- / -), todos as VEs foram capazes de induzir níveis variáveis de NO via TLR4 e secundariamente via TLR2 (Figura 14). Como esperado, o LPS (controle TLR4) e extrato de S. aureus (controle TLR2) induziram níveis mais elevados de NO via macrófagos TLR2 (- / -) e TLR4 (- / -), respectivamente. Considerando que VEs de Acanthamoeba induziram NO via TLR4 / TLR2, os mesmos sobrenadantes 59 resultantes desse ensaio foram submetidos ao ensaio para a produção de TNF- α e IL-6 apenas em camundongos selvagens (BALB / C e C57BL / 6). Assim como visualizado no ensaio da reação de Griess para dosagem de NO, uma maior produção de TNF-α e IL-6 foi detectado para a cepa AR15 em comparação com ALX, R2P5 e AP4(Figuras 15). Figura 14:Produção de óxido nítrico (NO) (A), TNF-α (B) e IL-6 (C) por macrófagos peritoneais primados com INF e estimulados com VEs de Acanthamoeba. Cepas ALX, R2P5, AP4 e AR15, pertencentes aos genótipos T4, T1, T2 e T11, respectivamente. Sobrenadantes coletados após 48 h de interação de VEs com macrófagos BALB-c e C57BL / 6 selvagem e C57BL / 6nocautes (TRL2KO e TRL4KO). A concentração de NO foi medida pela reação de Griess. TNF-α e IL-6 foram determinados por análise de CBA-flex. LPS e Staphylococcus aureus (S. a.): controles TLR4 e TLR2, respectivamente. C: meio RPMI com INF Diferença significativa (p<0,05) indicada por asteriscos. 60 No experimento adicional para avaliar a viabilidade dos macrófagos durante os ensaios de estimulação, foram observados valores acima de 100% quando utilizadas as VEs e abaixo de 50% quando utilizado o extrato total de trofozoítos (Figura 15).Não houve diferença significativa quando comparadas as diferentes cepas entre si, em cada grupo (VEs e extrato total). Figura 15:Viabilidade celular dos macrófagos das linhagens BalbC (A) e C57Bl/6 (B) durante estimulação com VEs. As amostras de macrófagos estimulados com VEs apresentaram uma atividade mitocondrial superior a 100% enquanto os macrófagos em contato com os extratos celulares das quatro cepas de Acanthamoeba apresentaram uma viabilidade menor ou igual a 50%. 5.4. A produção de Óxido Nítrico pelas VEs das cepas consideradas patogênicas depende da integridade das proteases Comparando com a estimulação por VEs íntegras, a produção de NO por macrófagos peritoneais de camundongos C57BL/6 foi significativamente menor quando esses foram expostos a VEs submetidas ao aquecimento ou pré-tratadas com inibidores de proteases (Figura 16). A diminuição de 61 estimulação foi mais evidente nas amostras pré-incubadas com PMSF (inibidor de serinoprotease) para a cepa ALX e PMSF e EDTA (inibidor de metaloprotease) para a cepa R2P5. Figura 16:Produção de NO por Acanthamoeba VEs aquecidas e pré-incubadas a diferentes inibidores de proteases. VEs foram submetidos ao aquecimento e aos inibidores de proteases antes da exposição aos macrófagos. Os sobrenadantes foram coletados após 48 h de interação EVs com macrófagos de C57BL / 6. A concentração de nitrito foi medida pela reação de Griess. LPS (controle positivo) e RPMI (controle negativo) foram usados. Os asteriscos indicam diferenças estatísticas (P <0,05). 62 6. DISCUSSÃO Nos últimos anos, diversos estudos têm demonstrado que protozoários patogênicos produzem e liberam VEs e que essas estruturas podem atuar de forma crucial nos mecanismos de invasão e imunomodulação do hospedeiro (TORRECILHASet al., 2012, TWUet al., 2013, MANTEL & MARTI., 2014, SOARESet al., 2017). Mais recentemente, a produção de VEs por trofozoítos de Acanthamoeba foi demonstrada, indicando o possível envolvimento na patogênese das infecções por mecanismos independentes de contato, como a ação citotóxica em células de cultivo (GONÇALVESet al., 2018; LIN et al., 2019; RETANA-MOREIRA et al., 2020). Um ponto em comum nesses trabalhos sobre VEs de Acanthamoeba foi à avaliação de uma única cepa, em que foram estudados aspectos estruturais e funcionais. No presente estudo, foi proposta uma abordagem ampla e comparativa de VEs de Acanthamoeba, envolvendo quatro cepas diferentes. Com isso, pretendeu-se avaliar se VEs de Acanthamoeba apresentariam características funcionais diferentes, que poderiam refletir a diversidade dentro do gênero, conhecido por apresentar linhagens genotipicamente distintas e com maior ou menor propensão a causar infecção (MACIVERet al, 2013, outros). Como etapa inicial, foi realizado o procedimento de vesiculação, que utilizou trofozoítos em fase exponencial de crescimento. Nessa etapa, o controle e o acompanhamento dos níveis de viabilidade são importantes, uma vez que células que estão em processo de morte celular programada, ou apoptose, liberam os corpos apoptóticos, que são estruturas vesiculares que surgem em resposta às condições de estresse metabólico e apresentam composição específica e distinta das demais classes vesiculares (exossomos e microvesículas)(RAPOSO; STOORVOGEL, 2013). Nesse trabalho, a viabilidade de todas as culturas foi avaliada no início e ao final do processo, sendo superior a 93%, sendo a maior parte das amostras acima de 95%, indicando assim que as preparações vesiculares obtidas eram preponderantemente compostas por vesículas liberadas por trofozoítos viáveis, que não estivessem em processo apoptótico. Além disso, o processo de filtração em membrana de 0,22 µm, realizado na purificação das VEs, contribui 63 para a remoção de corpos apoptóticos (1 a 5 µm) e detritos celulares que eventualmente estivessem presentes (RAPOSO; STOORVOGEL, 2013). Até hoje, foram descritos inúmeros métodos de isolamento que podem selecionar VEs, dentre eles a ultracentrifugação, diferenças no gradiente de densidade, filtração, fracionamento, cromatografia, enriquecimento, imunopreciptação e outros kits desenvolvidos com tecnologia de ponta. Porém, cada método de isolamento e análise apresenta seu próprio conjunto de benefícios e desvantagens, e já foram demonstrados que diferentes métodos podem resultar em perfis proteômicos diferentes nas VEs, complicando ainda mais a sua caracterização bioquímica e a identificação de biomarcadores específicos (DOYLE & WANG.,2019). No presente estudo, optou-se por etapas de filtração e centrifugação, que são consideradas válidas para obtenção de VEs de acordo com um consenso entre pesquisadores que são referência na área (THÉRYet al., 2018). Esses autores publicaram em 2018 um documento que determina as informações mínimas para estudos de vesículas extracelulares (Minimal Information for Studies of Extracellular Vesicles 2018 - MISEV2018). Nessa publicação, são recomendados os procedimentos para conduzir e relatar trabalhos relacionados às VEs identificando seus respectivos marcadores para aprimorar o rigor e a reprodutibilidade desses estudos. Estudos anteriores mostraram que os tamanhos dos VEs de Acanthamoeba podem variar de 111,3-166,7 nm (GONÇALVESet al., 2018; LINet al., 2019; RETANA-MOREIRA et al, 2020). Consistente com essas observações, VEs derivados de Acanthamoeba no presente trabalho exibiram um perfil homogêneo, com mais de 92% das partículas encontradas na faixa esperada de 100-200 nm (tamanho médio geral de 137,2 ± 14,7 nm). Essas dimensõessão correspondentes ao esperado tanto para microvesículas (100 nm a 1000nm) quanto para exossomos (30 a 150 nm) (THÉRY et al., 2006). No MISEV 2018 foi determinado que o termo “Vesícula extracelular” deve ser utilizado sempre que não for possível indicar os subtipos microvesículas ou exossomos, que só podem ser adotados se houver outros procedimentos que permitam a identificação e caracterização dessas partículas (THÉRYet al., 2018). Características como a composição proteica, lipídica e a maneira da qual as VEs são formadas e originadas também são usadas para a 64 classificação. No entanto, é importante considerar que para Acanthamoeba, os estudos sobre VEs ainda estão iniciando e não existem até o momento, marcadores que permitam realizar a identificação de possíveis marcadores. Futuramente, com o maior conhecimento sobre VEs de Acanthamoeba, há a possibilidade de aplicação em diagnóstico ou tratamento. Em outras áreas o uso de VEs para identificação de doenças já é uma realidade. Um exemplo é o estudo de células tumorais pancreáticas que liberam exossomos que apresentam as moléculas glypican-1 e CD63. Esses biomarcadores são a base de uma tecnologia diagnóstica de biopsia líquida na etapa inicial do câncer que permite a identificação dos exossomos por imunofluorescência em um chip (LEWIS et al., 2018). Em protozoários, um estudo demonstrou a presença de vesículas extracelulares no plasma de pacientes com malária como potencial biomarcador de diagnóstico precoce da doença, considerando que os pacientes apresentaram baixa parasitemia no limite de detecção por esfregaço sangu