Importância do manganês para virulência de Cryptococcus gattii

Abstract

Cryptococcus gattii é um dos agentes etiológicos da criptococose, doença que inicia nos pulmões, com possibilidade de disseminação para o sistema nervoso central e outros órgãos. Os macrófagos alveolares representam a primeira linha de defesa do hospedeiro contra patógenos respiratórios, determinando o desfecho da infecção. 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 no sítio de infecção. Manganês constitui um alvo interessante de sequestro visto que é essencial para o funcionamento do fungo e progressão da infecção. Embora sistemas que regulam a homeostase de manganês tenham sido bem descritos na levedura modelo Saccharomyces cerevisiae, há pouca informação a respeito de patógenos fúngicos e sua relação com a virulência. No presente trabalho foram caracterizados dois sistemas de importação de manganês na levedura patogênica C. gattii. O gene ZIP3 de C. gattii é um ortólogo direto de ATX2 de S. cerevisiae, que codifica um transportador localizado no complexo de Golgi e é responsável pela extrusão de manganês dessa organela para o citoplasma. A ausência do produto desse gene levou a um aumento da tolerância a manganês, aumento da sensibilidade a espécies reativas de oxigênio e alteração da expressão de sistemas redox na célula. Ademais, células ausentes em Zip3 apresentaram redução na virulência em modelo não mamífero de infecção, corroborando com alterações em determinantes de virulência clássicos nessa levedura, como deposição do pigmento melanina, secreção do polissacarídeo glicuronoxilomanana e perfil alterado de secreção de vesículas extracelulares. O principal sistema de aquisição de manganês em fungos, no entanto, é constituído por transportadores da família Nramp. C. gattii apresenta apenas um membro dessa família de proteínas e é predito que se localize na membrana celular. A ausência desse transportador levou a um aumento da sensibilidade a agentes quelantes e a espécies reativas de oxigênio. Além disso, linhagens mutantes nulas para esse gene apresentaram redução da virulência em um modelo não mamífero de infecção. Sendo assim, nossos resultados demonstram a importância da manutenção da homeostase de manganês na levedura patogênica C. gattii e sua correlação com a virulência desse patógeno.

Cryptococcus gattii is one of the etiological agents of cryptococcosis, a disease that primarily affects the lungs and can spread to the central nervous system and other organs. Alveolar macrophages represent the host’s first line of defense against respiratory pathogens, determining the outcome of the infection. Among the strategies utilized by the host to defend against invading microorganisms, nutritional immunity stands out, which consists of controlling the bioavailability of micronutrients at the site of infection. Manganese is an interesting sequestration target as it is essential for proper fungus function and infection progression. Although systems that regulate manganese homeostasis have been well studied in the model yeast Saccharomyces cerevisiae, little information is available regarding fungal pathogens and its association with virulence. In the present work, two manganese import systems in the pathogenic yeast C. gattii were functionally characterized. The C. gattii ZIP3 gene is a direct ortholog of ATX2 from S. cerevisiae, which encodes a transporter located to the Golgi apparatus and is responsible for the extrusion of manganese from this organelle into the cytoplasm. The absence of this gene product led to an increase in manganese tolerance, increased sensitivity to reactive oxygen species and alteration in expression of redox systems in the cell. Furthermore, cells lacking Zip3 presented a decrease in virulence in a non-mammalian model of infection, corroborating changes in classic virulence determinants in this yeast, such as melanin deposition, secretion of the polysaccharide glucuronoxylomannan and altered profile of extracellular vesicle secretion. The main manganese acquisition system in fungi, however, is constituted by transporters of the Nramp family. C. gattii has only one member of this protein family and is predicted to locate in the cell membrane. The absence of this transporter led to increased sensitivity to chelating agents and reactive oxygen species. Furthermore, null mutant strains for this gene presented reduced virulence in a non-mammalian model of infection. Therefore, our results demonstrate the importance of proper manganese homeostasis in the pathogenic yeast C. gattii and its correlation with virulence in this pathogen.