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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.60.2008.tde-21102008-102221
Documento
Autor
Nome completo
Taísa Magnani Dinamarco
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Ribeirão Preto, 2008
Orientador
Banca examinadora
Uyemura, Sergio Akira (Presidente)
Barros, Mário Henrique de
Borecky, Jiri
Goldman, Gustavo Henrique
Natsui, Ana Patricia Yatsuda
Título em português
Clonagem, expressão e caracterização do gene da oxidase alternativa mitocrondial de Aspergilus fumigatus
Palavras-chave em português
Aspergillus fumigatus
estresse oxidativo
mitocôndria
oxidase alternativa
Resumo em português
O Aspergillus fumigatus é um fungo filamentoso e saprofítico, encontrado em todas as regiões do mundo, desempenhando um importante papel na reciclagem de carbono e nitrogênio do solo. A principal forma de infecção ocorre através da inalação dos conídios com predominância de infecções no trato respiratório, principalmente em pacientes imunocomprometidos. A mitocôndria de A. fumigatus foi caracterizada em nosso laboratório, que revelou a presença de uma respiração resistente a cianeto mediada pela oxidase alternativa. A clonagem e sequenciamento deste gene foram realizadas através de screening de uma biblioteca de DNA genômico. O alinhamento das sequências genômica e de cDNA mostrou a presença de dois introns, que após splicing codifica uma proteína contendo 352 aminoácidos, possuindo uma massa molecular estimada de 40,84 kDa e um pI teórico de 9,51. Além disso, foram identificados domínios altamente conservados (LET, NERMHL, LEEA e RADEH) que interagem com átomos de ferro e estão contidos em -hélices propostas como responsáveis pela organização estrutural da enzima. A fim de caracterizar bioquimicamente esta proteína, a sequência de cDNA do gene foi clonada em plasmídeo pYES2 e expressa em S. cerevisiae INVSc1 como um modelo eucarioto. Após expressão, a proteína encontrou-se de forma ativa, conferindo à levedura uma respiração resistente a cianeto. Esta característica herdada provocou uma discreta diminuição na taxa de crescimento em meio não-fermentativo e uma capacidade de sobrevivência na presença de KCN. Acredita-se que a atividade das AOXs esteja diretamente relacionada com a presença de diferentes espécies reativas de oxigênio (ERO). Neste contexto, a avaliação do efeito de diferentes agentes pró-oxidantes provocou um aumento na atividade e na expressão da enzima. Paralelamente, a caracterização funcional do gene foi realizada através da técnica de interferência por RNA, utilizando o vetor de expressão pALB1. Em meio contendo maltose, as cepas pALB1/aoxAf apresentaram coloração branca devido ao silenciamento do gene alb1. Os níveis de mRNA do gene aoxAf foram determinados por Real time RT-PCR, mostrando o eficiente silenciamento do gene alvo com a construção utilizada. Devido à relação já descrita entre ERO e a atividade das AOXs, avaliou-se a produção de espécies reativas de oxigênio nas cepas silenciadas utilizando-se a sonda CM-H2DCFDA, observando maior produção na cepa pALB1/aoxAf. Além disso, a viabilidade destas cepas foi determinada por citometria de fluxo após a exposição com agentes pró-oxidantes, a qual indicou maior letalidade na cepa pALB1/aoxAf, quando comparada com CEA e pALB1. Da mesma forma, após a incubação dos conídios das cepas silenciadas com macrófagos de camundongos foi verificada uma maior atividade microbicida dos macrófagos na cepa duplamente silenciada pALB1/aoxAf, quando comparada com as outras cepas. Com estes resultados podemos concluir que a oxidase alternativa apresenta uma importante atividade antioxidante, além de contribuir nos mecanismos de defesa durante o processo de infecção de A. fumigatus.
Título em inglês
Cloning, functional expression, and biochemical characterization of an alternative oxidase mitochondrial gene from A. fumigatus
Palavras-chave em inglês
alternative oxidase
Aspergillus fumigatus
mitochondria
oxidative stress
Resumo em inglês
The saprophytic species Aspergillus fumigatus is a deuteromycete fungus found worldwide, which has an essential role in recycling carbon and nitrogen. Following inhalation of conidia by the immunocompetent host, the innate cellular immune system is responsible for killing the conidia, exposing them to reactive oxygen. However, A. fumigatus is capable of surviving and replicating within the phagolysosomal compartment of immunocompromised macrophages. It was previously demonstrated that A. fumigatus mitochondria possess an alternative oxidase (aoxAf) wich is a cyanide-resistant protein. A partial genomic DNA library was screened to cloning an aoxAf gene. The alignment between the cDNA and genomic DNA sequences revealed the existence of two introns which after splicing encodes a 352 amino acid sequence with a calculated molecular mass of 40 kDa and a theoretical pI of 9.51. The deduced amino acid sequence revealed four regions completely conserved among the AOXs sequences (LET, NERMHL, LEEA and RADE-H), where six conserved amino acids residues are proposed to be a metal ligand site. To characterize the AOX protein, a cDNA of aoxAf gene was cloned into pYES2 plasmid and transformed in S. cerevisiae INVSc1. After the incubation of the cells in a nonfermentable medium in the presence of KCN, S. cerevisiae expressing AOX was able to grow, while it was lethal for the control yeast. These results suggest that the recombinant AOXAf is properly targeted to the S. cerevisiae mitochondria where it has functional activity. Studies with different species demonstrated that AOX is induced by a variety of treatments usually labeled as stresses. To verify the function of AOX in A. fumigatus under oxidative stress conditions, conidia were treated with different donors of ROS. These treatments caused an increase in aoxAf activity and transcription levels. To identify genetically attributes of virulence and oxidative defense in A. fumigatus, we construct a RNA interference plasmid. Two inverted repeated sequences of conserved region of an interest gene were amplified and cloned in pALB1 plasmid. In maltose medium pALB1 and pALB1/aoxAf transformants demonstrated white colonies, attributable to the reduction of alb1 gene expression. The aoxAf mRNA levels were analyzed by Real time RT-PCR, showing an efficient alternative oxidase gene silencing in pALB1 plasmid construction. It was previously demonstrated that ROS can stimulate the AOXs activity, so, we used the dye CM-H2DCFDA to measure ROS production in RNAi transformants, showing that the decrease in aoxAf gene expression caused an increase in ROS production. After incubation with ROS donors the viability of these strains was determined by flow cytometry analysis. The pALB1/aoxAf strain showed higher lethality, when compared with CEA and pALB1, suggesting the involvement of AOX in antioxidant defense in A. fumigatus. Besides, ROS produced by alveolar macrophages play an essential role in the killing of A. fumigatus conidia. In the same way, phagocytosis assay revealed that pALB1/aoxAf strain was more lethal than CEA and pALB1. With these results, we concluded that alternative oxidase is an efficient antioxidant system and might contribute with defense mechanism of A. fumigatus.
 
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TESE.pdf (1.96 Mbytes)
Data de Publicação
2008-11-24
 
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