Caracterização de genes associados à regulação da homeostasia em resposta à privação de nutrientes na levedura Cryptococcus gattii

Abstract

Doenças fúngicas representam um grave problema de saúde mundial. Cryptococcus gattii é um dos agentes etiológicos de criptococose, uma infecção fúngica invasiva que se caracteriza por um quadro inicial de infecção pulmonar, podendo afetar o sistema nervoso central. A captação e homeostase de nutrientes é essencial para o desenvolvimento de todos os organismos, por isso os níveis de nutrientes como metais, carbono e nitrogênio é finamente regulada pelas células. Dentre as estratégias utilizadas pelo hospedeiro para se defender contra microrganismos invasores, destaca-se a imunidade nutricional, que consiste no controle da biodisponibilidade de micronutrientes, dentre os quais pode ser citado o zinco. Há diversas evidências relacionando deficiências na regulação dos níveis de zinco com alterações no desenvolvimento e na virulência de C. gattii. Para manter a adequada homeostase, C. gattii altera seu perfil de expressão gênica, a fim de garantir os níveis necessários de zinco em ambientes diversos. Da mesma forma, as células desta levedura utilizam mecanismos como a autofagia durante períodos em que a disponibilidade de nutrientes, principalmente fontes de nitrogênio, é escassa. Nesse trabalho, nós descrevemos a função de Zrg1. Uma análise do perfil transcricional revelou que a disponibilidade de zinco regula a expressão de ZRG1 e mutantes nulos demonstraram crescimento prejudicado em condições limitantes de zinco e nitrogênio. Notavelmente, a ausência de Zrg1 levou as células exibirem regulação diferencial de fenótipos relacionados à autofagia. Apesar de não terem sido detectadas diferenças em importantes características associadas à virulência, mutantes nulos para ZRG1 apresentaram capacidade diminuída de sobrevivência no interior de macrófagos e virulência atenuada em um modelo invertebrado de criptococose. Avaliamos, de forma inicial, a via autofágica nos mutantes nulos para ZRG1 e descobrimos que essas células apresentam defeitos na autofagia em condições de baixa disponibilidade de nitrogênio. Juntos, esses resultados indicam que ZRG1 desempenha um papel importante no metabolismo celular e é necessário para a aptidão e virulência de C. gattii.

Fungal diseases are a serious global health problem. Cryptococcus gattii is one of the etiologic agents of cryptococcosis, an invasive fungal infection that is characterized by an initial pulmonary infection, which can affect the central nervous system. Nutrient uptake and homeostasis are essential for the growth of all organisms, so the levels of nutrients such as metals, carbon and nitrogen are finely regulated by cells. Among the strategies used by the host to defend itself against invading microorganisms, nutritional immunity stands out, which consists of controlling the bioavailability of micronutrients, such as zinc. There is a lot of evidence linking deficiencies in the regulation of zinc homeostasis with changes in the growth and virulence of C. gattii. To maintain adequate homeostasis, C. gattii change its gene expression profile to ensure the availability of zinc proper levels in different environments. Likewise, the yeast cells use mechanisms such as autophagy during periods when the availability of nutrients, mainly nitrogen sources, is low. In this work, we describe the function of Zrg1. Transcriptional profile analysis revealed that zinc availability regulates ZRG1 expression and null mutants showed impaired growth under zinc and nitrogen-limiting conditions. Notably, the absence of Zrg1 led the cells to upregulation of autophagy-like phenotypes. Although no differences were detected in important traits associated with virulence, ZRG1 null mutants showed decreased ability to survive within macrophages as well as attenuated virulence in an invertebrate model of cryptococcosis. We initially evaluated the autophagic pathway in ZRG1 null mutants and found that these cells show impaired autophagy under conditions of low nitrogen availability. Together, our results indicate that ZRG1 plays an important role in cellular metabolism and is necessary for the fitness and virulence of C. gattii.