Mineração de genes potencialmente regulados pela disponibilidade de zinco em Cryptococcus gattii

Abstract

Fungos do gênero Cryptococcus são os agentes etiológicos da criptococose, uma doença responsável por mais de 180.000 óbitos por ano. A maioria desses casos são de indivíduos imunocomprometidos, como portadores de HIV e transplantados, principalmente de países subdesenvolvidos, onde o acesso e disponibilidade de terapias antirretrovirais e antifúngicas é reduzida. Para combater a infecção protagonizada por esses patógenos, as células do sistema imune desenvolveram uma estratégia chamada imunidade nutricional, em que as concentrações de nutrientes como metais e carboidratos são ativamente reduzidas do meio onde podem ser encontradas as células invasoras, de modo a restringir seu desenvolvimento e replicação. Portanto, patógenos como Cryptococcus gattii, que é capaz de infectar até mesmo indivíduos imunocompetentes, necessitam de um complexo sistema de regulação de captura de metais do meio onde se encontram para garantir sua sobrevivência. Assim, o presente trabalho busca delimitar e inferir a função de um o conjunto de genes regulados pelo fator de transcrição Zap1, um importante membro do sistema de regulação do metabolismo de zinco em C. gattii. Empregando a combinação de dois experimentos de RNA-seq e correções estatísticas necessárias para a minimização de erro, foi possível estipular o regulon de Zap1 como sendo composto por 49 genes. A análise das regiões regulatórias upstream desses genes revelou a sequência CAGTTACA como sendo o provável motivo de ligação de Zap1 ao DNA, presente em 42 dos genes identificados. Além disso, um processo mais detalhado de anotação e enriquecimento funcional foi realizado com os genes regulados por Zap1, e apontou uma participação destes em diversos processos biológicos relevantes para a infecção, como a regulação da homeostase de íons metálicos, da resposta ao estresse oxidativo, da absorção e degradação de carboidratos, etc. Dessa forma, pudemos determinar com mais confiança o regulon de Zap1 em C. gattii, expandindo seu papel para além de um regulador da absorção de zinco e fornecendo importantes direcionamentos para futuras pesquisas que busquem validar os achados inferidos por este trabalho, visando caracterizar o processo de imunidade nutricional e desenvolver novas estratégias terapêuticas baseadas nesse mecanismo.

Species of the Cryptococcus genera are the etiological agents of cryptococcosis, a disease responsible for over 180,000 deaths per year. Most of these cases are from immunocompromised individuals, such as HIV carriers and transplanted patients, occurring mainly in underdeveloped countries, where the access and availability of antiretroviral and antifungal treatments are limited. To fight off the infection, immune cells developed a strategy called nutritional immunity, in which the concentration of nutrients, mostly metals and carbohydrates, are actively reduced from the pathogen habitat, leading to arrested fungal growth. Therefore, pathogens such as Cryptococcus gattii, which is capable of infecting even immunocompetent individuals, require a complex regulation system of metal uptake from their growth medium to ensure their survival. The present work aims to delimit and characterize the set of genes regulated by Zap1, an important member from the zinc metabolism regulation machinery in C. gattii. Using two RNA-seq experiments and statistical corrections needed for error minimization, we were able to propose Zap1’s regulon as being composed by 49 genes. The analysis of the upstream regulatory regions of these genes revealed the sequence CAGTTACA, identified in 42 genes, as the putative Zap1 DNA binding site. Furthermore, a more thorough annotation process and a functional enrichment analysis of the Zap1 targets revealed their association with several important biological processes connected to the infection, such as the regulation of metallic ions homeostasis, the oxidative damage response and carbohydrate uptake and degradation. In conclusion, we were able to determine C. gattii Zap1 regulon more accurately, expanding its role from a simple zinc absorption regulator and also providing directions for future researches that seek to validate the data inferred in this work, allowing a broader understanding of nutritional immunity process and the development of therapeutic strategies based in this mechanism.