Cryptococcus neoformans é um patógeno humano oportunista e uma das principais causas de infecções fúngicas relacionadas à óbitos, especialmente em pacientes imunocomprometidos. O processo de infecção inicia-se com a colonização do tecido pulmonar, e posteriormente a levedura se dissemina pela via hematogênica até alcançar o sistema nervoso central (SNC), provocando meningite. A fim de transmigrar e alcançar o SNC, as células fúngicas devem atravessar a barreira hematoencefálica (BHE). O estabelecimento adequado da doença é dependente de diferentes fatores de virulência como a cápsula polissacarídica, a capacidade de se desenvolver a 37 ºC, e outros fatores diretamente relacionados à transmigração como urease, fosfolipase B1 e ácido hialurônico sintase que são descritas como componentes essenciais para a habilidade de atravessar a BHE. O cálcio (Ca2+) é um segundo mensageiro celular que atua na via de sinalização da calcineurina. Essa via em C. neoformans é necessária e responsável pela virulência e adaptação no hospedeiro. Além disso, a regulação dos níveis intracelulares de Ca2+ é mediada pela ação de transportadores de cálcio como Pmc1 e Vcx1, os quais são foco de nossos estudos. Apesar de grandes avanços no entendimento dos mecanismos moleculares de infecção de C. neoformans, as opções terapêuticas ainda são escassas, por isso a elucidação de fatores que regulam a transmigração e a descoberta de novos alvos para fármacos é importante. Nesta dissertação foi demonstrado que os mutantes nulos para o transportador de cálcio Pmc1 (pmc1) e o duplo mutante pmc1vcx1 são avirulentos em um modelo murino de infecção sistêmica e incapazes de acessar o SNC. Além disto, a deleção do gene PMC1 causa alterações no perfil de expressão gênica da levedura, principalmente nas vias envolvidas com a transmigração e homeostase de Ca2+. Genes relacionados com a atividade de urease, e envolvidos com o mecanismo paracelular de transmigração tiveram alterações no seu perfil de expressão. Considerando os dados obtidos, é comprovada a participação do transportador Pmc1 no processo de transmigração através da BHE e para o estabelecimento adequado da doença criptococose. / Cryptococcus neoformans an opportunistic human pathogen, is the main cause of fungal infections related to death, especially in immunocompromised patients. The infection starts with the colonization of the lung tissue, thereafter the yeast disseminates hematogenously to reach the central nervous system (CNS), causing meningoencephalitis. In order to transmigrate to CNS the fungal cells must cross the blood brain barrier (BBB). For infection establishment, C. neoformans relies on virulence factors, such as polysaccharide capsule, the ability to grow at 37 ºC, and some factors directly related to transmigration. Enzymes as urease, phospholipase B and hyaluronic acid synthase are known as essential components to cross the BBB. The calcium (Ca2+) is a cellular second messenger that participates on calcineurin signaling pathway. This pathway in C. neoformans is crucial and responsible for virulence and host adaptation. Moreover, the regulation of Ca2+ intracellular levels is coordinated by Ca2+ transporters such as Pmc1 and Vcx1, which are the main foccus of our studies. Despite of many advances in understanding the molecular mechanisms of C. neoformans infection the available repertoire of antifungal drugs is still poor, therefore it is necessary to comprise the factors that regulate dissemination to CNS, and also unveil new targets for antifungal therapy. In the present study it was demonstrated through a murine model of systemic infection that the null mutants pmc1 and pmc1vcx1 are avirulent and unable to access the SNC. Besides, the disruption of PMC1 gene leads to alterations on the gene expression profile, mainly in pathways involved with transmigration and calcium homeostasis. Genes related to urease activity, and connected to paracellular mechanism of transmigration had alterations on their expression profile. Taken togheter the result shows the requirement of Pmc1 transporter to transmigration events through BBB and for proper cryptococcosis establishment.

Inteins are autocatalytic protein domains that splice out of the nascent polypeptide shortly after translation, requiring no co-factors to facilitate splicing. There is an intein coding sequence within the Prp8 gene of Cryptococcus neoformans, a human pathogen that causes cryptococcosis in immunocompromised people. The intein, Cne PRP8, is a drug target as Prp8 is a central component of the spliceosome and thus believed to be essential to the fungus. Improved knowledge of the intein and its requirements for splicing can contribute to design of a screening system and the search for an inhibitor of intein splicing. Purification of Cne PRP8 for crystallisation was performed using either an N- or a C-terminal His�Tag�, where the N-terminal His�Tag� was removed by 3C protease prior to crystallisation trials. C-terminally His�Tagged� Cne PRP8 formed the largest crystals. The crystals were triangular plates with stepped faces. A 2.8 Å data set was collected with an R[merge] of 0.151 and a mosaicity of 2.1�. A smaller crystal gave a 3.6 Å data set with an R[merge] of 0.085 and a mosaicity of 1.5�. Molecular replacement was not sufficient to solve the structure, likely because the data were weak and the molecules in the asymmetric unit too numerous. Purified Cne PRP8 was additionally shown by circular dichroism to lack regular secondary structure, suggesting that regions of Cne PRP8 could be natively unstructured. Cne PRP8 was expressed as a fusion protein between Haemophilus influenzae trigger factor (HiTF) and a chitin binding domain (CBD). Antibodies to the different parts of the fusion protein facilitated the observation of splicing ability by western blotting. From this it was determined that Cne PRP8 is capable of splicing in a foreign protein context. Context is important, with maximum splicing occurring when Cne PRP8 has two native N-terminal extein residues and one native C-terminal extein residue. The first residue and the last two residues of Cne PRP8 are essential for splicing; additionally the conserved threonine (T62) and histidine (H65) were shown to be catalytically important. Also required for splicing are arginine 154, tyrosine 162, and aspartate 166. Leucine 161 undergoes ~50% splicing when mutated to alanine, and tryptophan 151 undergoes limited C-terminal cleavage, but no splicing, when mutated to alanine. Tryptophan 151 was identified as a potentially crucial residue, which may function to prevent C-terminal cleavage before the N-terminal rearrangements have taken place. Overall it appears that Cne PRP8 residues that are more diverged from the general intein consensus are less essential for splicing. Wild type Cne PRP8 is insensitive to zinc inhibition in vivo. It is also unresponsive to cadmium, calcium, cobalt, lithium, magnesium, manganese and nickel. However, a partially splicing-deficient mutant exhibited further inhibition in response to zinc and cadmium. This mutant also showed a limited increase in splicing efficiency in response to temperatures lower than 37�C. This study has identified critical residues, in addition to those at the splice junctions necessary for catalysis, which participate in splicing intermediates.

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Inteins are autocatalytic protein domains that splice out of the nascent polypeptide shortly after translation, requiring no co-factors to facilitate splicing. There is an intein coding sequence within the Prp8 gene of Cryptococcus neoformans, a human pathogen that causes cryptococcosis in immunocompromised people. The intein, Cne PRP8, is a drug target as Prp8 is a central component of the spliceosome and thus believed to be essential to the fungus. Improved knowledge of the intein and its requirements for splicing can contribute to design of a screening system and the search for an inhibitor of intein splicing. Purification of Cne PRP8 for crystallisation was performed using either an N- or a C-terminal His�Tag�, where the N-terminal His�Tag� was removed by 3C protease prior to crystallisation trials. C-terminally His�Tagged� Cne PRP8 formed the largest crystals. The crystals were triangular plates with stepped faces. A 2.8 Å data set was collected with an R[merge] of 0.151 and a mosaicity of 2.1�. A smaller crystal gave a 3.6 Å data set with an R[merge] of 0.085 and a mosaicity of 1.5�. Molecular replacement was not sufficient to solve the structure, likely because the data were weak and the molecules in the asymmetric unit too numerous. Purified Cne PRP8 was additionally shown by circular dichroism to lack regular secondary structure, suggesting that regions of Cne PRP8 could be natively unstructured. Cne PRP8 was expressed as a fusion protein between Haemophilus influenzae trigger factor (HiTF) and a chitin binding domain (CBD). Antibodies to the different parts of the fusion protein facilitated the observation of splicing ability by western blotting. From this it was determined that Cne PRP8 is capable of splicing in a foreign protein context. Context is important, with maximum splicing occurring when Cne PRP8 has two native N-terminal extein residues and one native C-terminal extein residue. The first residue and the last two residues of Cne PRP8 are essential for splicing; additionally the conserved threonine (T62) and histidine (H65) were shown to be catalytically important. Also required for splicing are arginine 154, tyrosine 162, and aspartate 166. Leucine 161 undergoes ~50% splicing when mutated to alanine, and tryptophan 151 undergoes limited C-terminal cleavage, but no splicing, when mutated to alanine. Tryptophan 151 was identified as a potentially crucial residue, which may function to prevent C-terminal cleavage before the N-terminal rearrangements have taken place. Overall it appears that Cne PRP8 residues that are more diverged from the general intein consensus are less essential for splicing. Wild type Cne PRP8 is insensitive to zinc inhibition in vivo. It is also unresponsive to cadmium, calcium, cobalt, lithium, magnesium, manganese and nickel. However, a partially splicing-deficient mutant exhibited further inhibition in response to zinc and cadmium. This mutant also showed a limited increase in splicing efficiency in response to temperatures lower than 37�C. This study has identified critical residues, in addition to those at the splice junctions necessary for catalysis, which participate in splicing intermediates.

A criptococose acomete pacientes imunocomprometidos, principalmente pacientes com a resposta imune mediada por células T debilitada, sendo portanto, suscetíveis a patógenos oportunistas. C. neoformans possui um repertório de fatores de virulência que permitem o estabelecimento da infecção e sua disseminação para o sistema nervoso central, causando meningoencefalite. O tratamento da criptococose é baseado apenas na utilização prolongada de antifúngicos e provoca muitos efeitos colaterais nos pacientes. Por estes motivos, novas terapias estão sendo abordadas, com o intuito de promover a ativação do sistema imune do hospedeiro para debelar a infecção. Para que tais terapias possam ser desenvolvidas se faz necessário identificar moléculas que estimulem a resposta imune celular. Proteínas de choque térmico de patógenos têm sido utilizadas como alvo no tratamento de muitas doenças infecciosas em seres humanos. Estas proteínas estimulam a resposta imune mediada por células T e apresentam resultados promissores em tratamentos contra infecções fúngicas. Da mesma forma, proteínas que fazem parte do sistema de defesa antioxidante, como as catalases, por exemplo, desempenham um papel importante no combate a radicais livres produzidos pelo hospedeiro e parecem ter outras funções no processo da infecção. O entendimento da biologia destas proteínas bem como a sua participação na interação com células do sistema imune do hospedeiro é fundamental para a validação da sua aplicabilidade no tratamento da criptococose. Nesse contexto, apresentamos aqui um estudo das funções biológicas de uma das proteínas de choque térmico (Hsp70) e de uma das enzimas envolvidas na detoxificação de espécies reativas de oxigênio (catalase 2) do fungo C. neoformans. Também foram avaliados os efeitos terapêuticos destas proteínas no tratamento da criptococose. Demonstramos que a proteína Hsp70 de C. neoformans está localizada na cápsula polissacarídica, sendo importante no processo de adesão da levedura a células epiteliais A549. Demonstramos também que Cn_rHsp70 co-localiza com o principal componente da cápsula polissacarídica a glucuronoxilomanana (GXM) na superfície de macrófagos. A Cn_rHsp70 quando em contato com células do fungo, diminui sua viabilidade celular e não altera o tamanho da cápsula, mas interfere na secreção de GXM. Em relação à catalase 2, foi demonstrado que a proteína é localizada na parede celular do fungo e possui atividade de degradação de peróxido de hidrogênio quando associada à superfície celular. Em ensaios de infecção experimental em animais imunizados com construções de DNA contendo as sequências de Hsp70 e catalase 2, nenhuma das proteínas conferiu proteção, mas ocorreu estímulo da resposta mediada por células Th1 e Th2. O mecanismo pelo qual estas proteínas estimulam o sistema imune ainda precisa ser elucidado. / Cryptococcus neoformans affects immunocompromised patients, especially patients with impaired T cell-mediated immune response, and therefore are susceptible to opportunistic pathogens. C. neoformans has a repertoire of virulence factors that allows the establishment and dissemination of the infection in the central nervous system, causing meningoencephalitis. The virulence factors of Cryptococcus has been subject of many studies that have showed the involvement of gene products in the infection process. However, the treatment of cryptococcal meningoencephalitis consists of antifungal therapy and displays many side effects. For these reasons, new therapies are being addressed, in order to promote the activation of the host immune system to overcome the infection. To develop these therapies, it is necessary to identify molecules that stimulate cell-mediated immune response. Heat shock proteins from many pathogens have been used as a target for the treatment of many humans infectious diseases. These proteins stimulate the T cell-mediated immune response and show promising results in treatment against fungal infections. Similarly, proteins from antioxidant system such as catalase for example, play an important role against free radicals produced by the host and appear to have other functions in the infection process. The understanding of these proteins biology and their involvement with host immune system cells is essential for the validation of its applicability in the treatment of cryptococcosis. In this context, we present here a study of the biological function of a heat shock protein (Hsp70) and one of the enzymes involved in detoxification of reactive oxygen species (catalase 2) of the fungus C. neoformans. We evaluated the therapeutic effects of these proteins in the treatment of cryptococcosis. We have demonstrated that the protein Hsp70 from C. neoformans is located in the polysaccharide capsule, and it is important in the adhesion process of the yeast to epithelial cells A549. Also demonstrated that Cn_rHsp70 co-localizes with the main component of the polysaccharide capsule, glucuronoxilomanana (GXM), on the surface of macrophages. When Cn_rHsp70 are in contact with fungal cells, the cellular viability decreased and does not change the capsule size however, interferes with the GXM secretion. Catalase 2 is deposited on the fungal cell wall and showed activity by hydrogen peroxide degradation. In vivo experiments using animals infected and treated with Hsp70 DNA vaccines and catalase 2, no protection were observed, but there are immune response mediated by Th1 and Th2 cells. The mechanism by which these proteins stimulate the immune system has yet to be elucidated.

Cryptococcus neoformans é uma levedura basidiomicética e patógeno humano oportunista, que causa infecção tanto em indivíduos imunocomprometidos quanto em imunocompetentes. A habilidade de sobrevivência e proliferação na temperatura do corpo humano é um fator de virulência essencial deste microrganismo. Análise da Diferença Representacional (RDA) foi aplicada com o intuito de delinear o perfil de expressão gênica durante desenvolvimento de C. neoformans a 37ºC ou 25ºC. Análises de 300 seqüências de cDNA permitiram a identificação de proteínas que podem ser críticas para processos de interação patógeno-hospedeiro. Produtos gênicos envolvidos em integridade da parede celular, resposta ao estresse, filamentação e metabolismo oxidativo são induzidos a 37ºC. Genes relacionados à silenciamento de cromatina e transporte de fosfolipídios possuem maior expressão em cultivo de C. neoformans a 25ºC. A metodologia de RDA mostrou-se viável no intuito de identificar genes regulados pela temperatura neste organismo, os quais podem representar alvos potenciais para estudos de inibição do desenvolvimento de C. neoformans no hospedeiro.

Orientador: Maria José Soares Mendes Giannini / Banca: Márcia de Souza Carvalho Melhem / Banca: Maysa Furlan / Resumo: Cryptococcus neoformans é o patógeno fúngico mais comumente encontrado em infecções do sistema nervoso central, que desperta interesse devido a sua associação com os pacientes imunocomprometidos, em especial aqueles com AIDS. Embora haja ainda pouco relatados, isolados resistentes têm emergido nos últimos anos, e a disponibilidade de um método de sensibilidade rápido e reprodutível pode contribuir para a escolha do tratamento adequado. Os antifúngicos sintéticos possuem elevada toxicidade e sua disponibilidade na prática médica é relativamente pequena, algumas vezes ineficiente, o que reforça a demanda por novas alternativas terapêuticas. A busca por novos agentes antifúngicos a partir de plantas pode viabilizar o tratamento das principais micoses, diminuindo as reações adversas. Neste âmbito, pretendeuse padronizar a citometria de fluxo para a determinação da sensibilidade de anfotericina B e de substâncias de fontes naturais, comparando-as com o micrométodo. A citometria de fluxo foi utilizada no presente estudo para testar a sensibilidade de C. neoformans baseada na ligação de iodeto de propídeo na célula fúngica. Para tanto, isolados clínicos foram selecionados para análise da sensibilidade em citometria de fluxo depois de realizada a tipagem molecular de 151 isolados de Cryptococcus spp. das regiões de São José do Rio Preto e Rio de Janeiro por RFLP do gene URA5, em que a prevalência segue igual ao quadro mundial, em que o tipo molecular VNI é o mais prevalente, bem como verificou-se que a infecção por uma nova cepa e/ou diferentes espécies pode ocorrer com relativa freqüência. Foram ainda testados 57 extratos brutos, 52 frações e 53 substâncias puras isoladas de plantas do Cerrado e Mata Atlântica contra a cepa ATCC 90012 de C. neoformans... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Cryptococcus neoformans is a fungal pathogen most commonly found in infections of the central nervous system that arouses interest because of its association with immunocompromised patients, especially those with AIDS. Although have not been much reported, resistant isolates have emerged in recent years, and the availability of a method for rapid and reproducible susceptibility may contribute to the choice of treatment. The synthetic antifungal agents have high toxicity and its availability in medical practice is relatively small, sometimes inefficient, which reinforces the demand for new therapies. The search for new antifungal agents from natural products may facilitate the treatment of major fungal infections, reducing adverse reactions. In this context, we intended to standardize the flow cytometry to determine the susceptibility of amphotericin B and natural sources substances against C. neoformans, based on binding of propidium iodide (PI) in the fungal cell. For this, clinical isolates were selected for susceptibility analysis in flow cytometry after molecular typing of 151 Cryptococcus spp isolates from São José do Rio Preto and Rio de Janeiro by RFLP of the URA5 gene. The molecular type VNI is the most prevalent, as well as verified that infection by a new strain and / or different species can occur with relative frequency. We also tested 57 crude extracts, 52 fractions and 53 pure compounds isolated from plants of the Cerrado and the Atlantic forest against the C. neoformans ATCC 90012 strain. The pure substances sorbifolin, nitensoside B and isoquercitrin, from the plant Pterogyne nitens, presented MIC of 7.8μg/ml against C. neoformans, These data were confirmed by flow cytometry, after standardizing the method for amphotericin B, whose endpoint was 50% of the PI intensity, corresponding to the... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Cryptococcus neoformans é uma levedura basidiomicética e patógeno humano oportunista, que causa infecção tanto em indivíduos imunocomprometidos quanto em imunocompetentes. A habilidade de sobrevivência e proliferação na temperatura do corpo humano é um fator de virulência essencial deste microrganismo. Análise da Diferença Representacional (RDA) foi aplicada com o intuito de delinear o perfil de expressão gênica durante desenvolvimento de C. neoformans a 37ºC ou 25ºC. Análises de 300 seqüências de cDNA permitiram a identificação de proteínas que podem ser críticas para processos de interação patógeno-hospedeiro. Produtos gênicos envolvidos em integridade da parede celular, resposta ao estresse, filamentação e metabolismo oxidativo são induzidos a 37ºC. Genes relacionados à silenciamento de cromatina e transporte de fosfolipídios possuem maior expressão em cultivo de C. neoformans a 25ºC. A metodologia de RDA mostrou-se viável no intuito de identificar genes regulados pela temperatura neste organismo, os quais podem representar alvos potenciais para estudos de inibição do desenvolvimento de C. neoformans no hospedeiro.

Resumo não disponível.

A expressão de determinantes de virulência por um patógeno é amplamente controlada pelo ambiente encontrado no hospedeiro. Neste contexto, a descrição de genes essenciais para o processo de interação patógeno-hospedeiro é fundamental para o melhor entendimento dos mecanismos de virulência utilizados durante a infecção. Cryptococcus neoformans é uma levedura encapsulada que causa meningite em pacientes imunocomprometidos. A pandemia de AIDS contribuiu significativamente para o aumento das pesquisas científicas relacionadas à biologia de C. neoformans. Estudos funcionais de três genes deste patógeno, VCX1, GAT1, e GRASP, envolvidos, respectivamente, no transporte de cálcio (Ca2+), no metabolismo de nitrogênio e no processo de secreção não convencional são apresentados e discutidos na presente Tese. A habilidade de desevolvimento a 37°C é um fator de virulência essencial de C. neoformans, o qual é controlado por uma via de sinalização regulada por Ca2+ e calcineurina. O gene VCX1 de C. neoformans codifica um transportador de cálcio vacuolar, requerido para o desenvolvimento intracelular em macrófagos e para a virulência em camundongos. O fator de transcrição Gat1 de C. neoformans regula a expressão de genes sensíveis ao processo de repressão catabólica por nitrogênio (NCR). Genes envolvidos na biossíntese de ergosterol, metabolismo de ferro, integridade da parede celular e síntese da cápsula também são regulados por Gat1. Entretanto, este fator de transcrição não é necessário para a sobrevivência durante a interação com macrófagos e para a virulência em modelo de infecção experimental. Uma estratégia de virulência essencial de C. neoformans é a secreção de glicuronoxilomanana (GXM), um polissacarídeo capsular com propriedades imuno-modulatórias. Nossos resultados demonstram que GRASP (golgi reassembly and stacking protein) está envolvida na secreção de GXM, formação da cápsula e virulência em C. neoformans. É importante ressaltar que o transportador de cálcio Vcx1 e o fator de transcrição Gat1 também participam do processo de secreção deste polissacarídeo, o que representa a sua complexidade em C. neoformans. / The expression of pathogen virulence determinants is highly controlled by the host milieu. In this context, the description of crucial genes for hostpathogen interaction is fundamental to better understand the virulence mechanisms utilized during infection. Cryptococcus neoformans is an encapsulated yeast, that causes a life-threatening meningoencephalitis in immunocompromised individuals. The AIDS pandemic has contributed significantly to the increase of scientific research concerning the C. neoformans biology. Functional analyses of three genes, VCX1, GAT1, and GRASP, related to calcium (Ca2+) transport, nitrogen metabolism and unconventional secretion in C. neoformans, respectively, are presented and discussed in this thesis. The ability to survive and proliferate at the human body temperature is an essential virulence attribute of this pathogen. This trait is controlled in part by the Ca2+- calcineurin pathway, which senses and utilizes cytosolic calcium for signaling. C. neoformans VCX1 gene encodes a vacuolar calcium exchanger, which is required for intracellular growth in macrophages and for full virulence in mice. The C. neoformans transcription factor Gat1 regulates the expression of Nitrogen Catabolite Repression (NCR) sensitive genes. Genes involved in ergosterol biosynthesis, iron uptake, cell wall organization and capsule biosynthesis are also Gat1-regulated in C. neoformans. However, Gat1 is not required for survival during macrophage infection and for virulence in a mice model of cryptococcosis. One essential virulence strategy of C. neoformans is the release of glucuronoxylomannan (GXM), a capsular immune-modulatory polysaccharide. Our results demonstrate that GRASP, a golgi reassembly and stacking protein, is involved in GXM secretion, capsule formation and virulence in C. neoformans. Interestingly, the vacuolar calcium exchanger Vcx1 and the transcription factor Gat1 are also involved in GXM secretion, which represents the complexity of this important process in C. neoformans.