Идентификация генов метаболизма глутатиона диморфного гриба Talaromyces marneffei и закономерностей их экспрессии в различных условиях окружающей среды

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 13888 (2023) Цитировать эту статью

100 доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Talaromyces marneffei — грибковый патоген человека, вызывающий эндемические оппортунистические инфекции, особенно в Юго-Восточной Азии. Ключевыми факторами вирулентности T. marneffei являются способность выдерживать воздействие тепла и окислительного стресса, вызванного хозяином, а также способность преобразовывать морфологию из окружающей среды в формы делящихся дрожжей во время инфекции. Метаболизм глутатиона играет важную роль в реакции на стресс и развитии клеток у многих организмов. Однако роль системы глутатиона у T. marneffei неясна. Здесь мы идентифицировали гены, кодирующие основные ферменты, связанные с метаболизмом глутатиона у T. marneffei, включая ферменты биосинтеза глутатиона (Gcs1 и Gcs2), глутатионпероксидазу (Gpx1), глутатионредуктазу (Glr1) и семейство глутатион S-трансфераз (Gst ). Поиск гомологии последовательностей выявил расширенное семейство белков TmGst, состоящее из 20 TmGst, которые можно разделить на несколько классов. Анализ экспрессии показал, что клетки в фазах конидий, плесени и дрожжей демонстрируют различные профили экспрессии генов, связанных с глутатионом. Кроме того, гены TmGst значительно активировались в ответ на воздействие перекиси водорода и ксенобиотиков. В целом, наши результаты показывают, что T. marneffei транскрипционно регулирует гены глутатиона в условиях стресса специфичным для типа клеток способом. Это исследование может помочь понять роль глутатиона в термоиндуцированном диморфизме и реакции на стресс.

Таларомикоз вызывается Talaromyces marneffei, новым условно-патогенным грибковым патогеном, эндемичным для стран тропических и субтропических зон Азии, таких как Китай, Тайвань, Гонконг, Таиланд, Лаос, Вьетнам и северо-восточная Индия1,2,3. Экосистемы в этих районах обычно связаны с высокой влажностью, что может способствовать расширению резервуара грибов в окружающей среде4. В эндемичных районах ежегодно регистрируется около 173 000 случаев таларомикоза, при этом ежегодно происходит 4 900 связанных с ним смертей4. Talaromyces marneffei в первую очередь заражает людей с ослабленным иммунитетом, и инфекции тесно связаны с людьми, живущими в бедных сельских районах, где они подвергаются воздействию сельскохозяйственных культур, домашнего скота и почв. Действительно, риск развития таларомикоза у фермеров был на 70–90% выше, чем у нефермеров5. В целом, таларомикоз связан с высокой смертностью и заболеваемостью, а предрасполагающие факторы неразрывно связаны с ослаблением иммунной системы.

T. marneffei представляет собой термодиморфный гриб, который растет в виде нитевидных гиф при температуре окружающей среды (25 °C) и подвергается морфологическому переключению в дрожжевую форму при температуре тела человека (37 °C)6. Конидии, инфекционные бесполые споры из окружающей среды, могут попасть в легкие пациента и впоследствии быть поглощены альвеолярными макрофагами, где конидии переходят на патогенные дрожжевые клетки и вызывают инфекцию7,8. Внутри макрофагов T. marneffei растет как делящиеся дрожжи, но во внеклеточной среде он проявляется как дрожжевая клетка, подобная артроконидиям. Механизмы, контролирующие диморфизм, до сих пор плохо изучены. Частично идентифицирован ряд факторов, участвующих в морфогенезе и фазовом переходе9,10. Например, эти факторы связаны с регуляцией транскрипции, передачей сигналов G-белка и киназами11. Следовательно, срочно необходимы дополнительные исследования для выявления ключевых регуляторов, которые управляют процессом диморфного переключения.

Одним из ключевых патогенных факторов является антиоксидантная система. Во время инфекции иммунные клетки хозяина генерируют активные формы кислорода (АФК) и активные формы азота (РНС) для уничтожения вторгшихся патогенов12,13,14,15. В ответ на окислительный стресс, вызванный хозяином, T. marneffei активирует сигнальный путь MAPK и несколько факторов транскрипции для генерации антиоксидантных белков, которые в конечном итоге используются для нейтрализации генерируемых хозяином ROS/RNS16. Эти антиоксидантные молекулы включают супероксиддисмутазу (sodA), каталазу-пероксидазу (cpeA) и глутатионпероксидазу (gpx1), активность которых повышена в патогенной дрожжевой форме17,18,19. Было показано, что уровни sodA и cpeA повышаются уже через 2 часа после фагоцитоза17,18. Более того, мутант с делецией cpeA показал пониженную толерантность к перекиси водорода, что указывает на его антиоксидантную роль в этом грибе18. Эти новаторские исследования показали, что антиоксидантные системы вносят значительный вклад в способность этого гриба выживать внутри макрофагов хозяина и, следовательно, в успех T. marneffei в патогенезе.