biosÍntesis de pared fÚngica dimorfismo juntas …
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DRA. CECILIA L. FULGUEIRADRA. CECILIA L. FULGUEIRA
20132013
DIMORFISMODIMORFISMO
CENTRO DE REFERENCIACENTRO DE REFERENCIADE MICOLOGDE MICOLOGÍÍAA
FAC. CS. BIOQUFAC. CS. BIOQUÍÍMICAS MICAS Y FARMACY FARMACÉÉUTICAS UTICAS
UNRUNR
BIOSÍNTESIS DE PARED FÚNGICA
SÍNTESIS INTRACELULAR
POLIMERIZACIÓN EXTRACELULAR
JUNTAS= LUGAR Y TIEMPOCANT. EXACTAS
REGULACIÓN ���� PRECISA
SSÍÍNTESIS DE PARED PROCESO POLARIZADONTESIS DE PARED PROCESO POLARIZADO
� Transporte componentes y enzimas al punto crecimientocitoesqueleto - vesículas secretorias - microvesículas
� Síntesis proteínas, glicoproteínas, polisacáridos estructurales, glucanos
Asociación en superficie celular
estructura tridimensional
U covalentes yno covalentes
���� ����
� ∆ morfología (ciclos celular, de vida)
� Interacción con otros organismos
� Utilización ambiente
� Adaptación a stress
� ∆ estructura pared celular por efectores internos y externos
REGULACIÓN ���� PRECISA DE PARED FÚNGICA
CRECIMIENTO EN LOS HONGOS CRECIMIENTO EN LOS HONGOS
�� MorfotipoMorfotipo HifalHifalcrecimiento continuocrecimiento continuo
extremo del tubo extremo del tubo �������� abundantes naturalezaabundantes naturaleza
�� MorfotipoMorfotipo LevaduriformeLevaduriforme: : elongacielongacióón o broten o brote
< cantidad < cantidad �������� importancia econimportancia econóómicamica
DIMDIMÓÓRFICOSRFICOS
�� Hongos no limitados a un Hongos no limitados a un morfotipomorfotipo especespecííficofico
DIMDIMÓÓRFICOS RFICOS
Hongos que presentan al menos dos Hongos que presentan al menos dos morfotiposmorfotipos predominantespredominantes
DIMORFISMO/MORFOGDIMORFISMO/MORFOGÉÉNESIS NESIS
InterconversiInterconversióónn reversible entre reversible entre ≠≠ morfotiposmorfotipos
MORFOGMORFOGÉÉNESISNESIS
Respuesta Respuesta evolutivaevolutiva
��������
≠≠ ambientes ambientes ≠≠ hospederoshospederos
En cEn céélulas en lulas en crecimiento y crecimiento y
divisidivisióónn
No obligatoriaNo obligatoria
≠≠ Ciclos de vida Ciclos de vida (protozoos)(protozoos)
Controlada Controlada ambientalmenteambientalmente
�� TT°°�� pH pH �� [glucosa] [glucosa]
�� fuente Nfuente N22
�� [CO[CO22]]�� metalesmetales
�� agentes agentes quelantesquelantes
�� tamatamañño ino inóóculo oculo odensidad celular inicialdensidad celular inicial
Disparadores de transiciDisparadores de transicióónn
INFECCIINFECCIÓÓN FN FÚÚNGICA Y NGICA Y ENFERMEDADENFERMEDAD
MORFOTIPO PARTICULARMORFOTIPO PARTICULAR
HONGOS QUE PRODUCEN ENFERMEDADHONGOS QUE PRODUCEN ENFERMEDAD
�� Hongos filamentosos Hongos filamentosos monommonomóórficosrficos: : AspergillusAspergillus
fumigatusfumigatusplantas, animales, hombreplantas, animales, hombre
ConidiosConidiosambienteambiente ��������
InhalaciInhalacióón, n, depdepóósito sito superficialsuperficial
Micelio invasivoMicelio invasivo��������
�� Levaduras monomLevaduras monomóórficas: rficas: CandidaCandida
glabrataglabrata
Comensal Comensal piel y piel y
mucosasmucosas��������
InfecciInfeccióón n superficial o superficial o sistsistéémicamica
Candida albicans
Candida albicans
�� Hongos dimHongos dimóórficosrficos
> % Biomasa> % Biomasa
MorfotipoMorfotipo no patogno patogééniconico Hombre, animales, plantasHombre, animales, plantas
MorfotipoMorfotipo patogpatogééniconico
Esencial para producir enfermedadEsencial para producir enfermedad
Coccidioides inmitis
Coccidioides inmitis
HONGOS QUE PRODUCEN ENFERMEDADHONGOS QUE PRODUCEN ENFERMEDAD
LEVADURASLEVADURAS
Saprófito ambiental(suelo)
HIFASHIFASConidiosConidios
HONGOS DIMHONGOS DIMÓÓRFICOSRFICOS
MORFOTIPO MORFOTIPO PATOGPATOGÉÉNICONICO
Adaptado al hospederoAdaptado al hospederoINVASIVOINVASIVO
MORFOTIPO MORFOTIPO NO PATOGNO PATOGÉÉNICONICO
INFECCIOSOINFECCIOSO
HIFASHIFASPSEUDOHIFASPSEUDOHIFAS
Comensalpiel y mucosas(flora normal)
LEVADURASLEVADURAS
Candida Candida albicansalbicans
Candida Candida dubliniensisdubliniensis
MalasseziaMalassezia furfurfurfur
EJEMPLOS EJEMPLOS HOMBREHOMBRE
Ascomycetes
Filogenét. relacionados
HistoplasmaHistoplasma capsulatumcapsulatum
BlastomycesBlastomyces dermatitidesdermatitides
ParacoccidiodesParacoccidiodes brasiliensisbrasiliensis
CoccidioidesCoccidioides inmitisinmitis//posadasiiposadasii
SporothrixSporothrix schenkiischenkii
PenicilliumPenicillium marnefeiimarnefeii
Millones de infecciones/aMillones de infecciones/aññooLatentes o reactivas Latentes o reactivas (inmunodeficientes)(inmunodeficientes)
Muestras clMuestras clíínicas nicas ambos ambos morfotiposmorfotipos
ÁÁreas endreas endéémicasmicas
Forma ambientalForma ambiental
Filamentos con macroFilamentos con macroy y microconidiosmicroconidios
HistoplasmaHistoplasma capsulatumcapsulatum Forma asociada al hospederoForma asociada al hospedero
pulmón
linfa
sangre
Levadura intracelular facultativaLevadura intracelular facultativa
Microconidios
DISPARADORES DE LA DISPARADORES DE LA TRANSICITRANSICIÓÓNN
25 25 °°CC
37 37 °°CC
Medio de cultivoMedio de cultivo
In vivoIn vivo
DIMORFISMO TERMALDIMORFISMO TERMAL
H.capsulatumH.capsulatuma cualquier a cualquier TT°° FilamentosFilamentos
Oxidantes Oxidantes --SHSHReductores Reductores --SHSH
LevadurasLevaduras
represirepresióón n sulfito reductasasulfito reductasa
auxauxóótrofotrofo CysCys CysCys LevaduraLevadura
3737°°CC37 37 °°CC
DIMORFISMO NUTRICIONAL ?? DIMORFISMO NUTRICIONAL ?? O TERMO NUTRICIONAL ??O TERMO NUTRICIONAL ??
+ r+ ráápidapida
????
Candida Candida
albicansalbicansLevaduraLevadura
PIEL Y MUCOSASPIEL Y MUCOSAS
LevaduraLevadura
Vasos sanguVasos sanguííneosneos
PenetraciPenetracióón n hifalhifal e invasie invasióónn
DiseminaciDiseminacióón n vascularvascular
ColonizaciColonizacióón n endotelial y endotelial y penetracipenetracióónn
HifaHifa
∆∆ mecanismos defensa mecanismos defensa del Hospederodel Hospedero
�� Locales Locales (lesiones, (lesiones, ∆∆ flora x ATB, flora x ATB,
ciclo)ciclo)
�� Global Global
((inmunosupresiinmunosupresióónn, VIH, , VIH, transplantes, transplantes, insuficinsufic. renal, . renal, internaciones hospitalarias internaciones hospitalarias
prolongadas)prolongadas)
AdhesiAdhesióón y n y colonizacicolonizacióónn
DISPARADORES DE LA TRANSICIDISPARADORES DE LA TRANSICIÓÓNN
Condiciones ~ piel y mucosasCondiciones ~ piel y mucosasT < 37T < 37°°CC, pH H, pH H++
LevaduraLevadura PseudohifaPseudohifa/ Hifa/ Hifa
Condiciones ~ Condiciones ~ óórganos profundosrganos profundos3737°°CC, pH neutro, suero, pH neutro, suero
Hifas necesarias paraHifas necesarias para�� invadir invadir fagocitosfagocitos�� salir de vasos sangusalir de vasos sanguííneosneos�� colonizar dispositivos mcolonizar dispositivos méédicos: BIOFILMSdicos: BIOFILMS
LL ↔↔ H incompleta y complejaH incompleta y compleja
Levaduras + mLevaduras + móóvilesvilesDiseminaciDiseminacióón n
x sangre y x sangre y flufluíídosdos a a óórganos rganos profundosprofundos
�� MutantesMutantes C.albicansC.albicans LL �������� H H �������� << virulencia modelos infecci<< virulencia modelos infeccióón animaln animal
MORFOGMORFOGÉÉNESIS CONTRIBUYE A VIRULENCIANESIS CONTRIBUYE A VIRULENCIA
Efecto durante tiempo limitadoEfecto durante tiempo limitado
En cultivos lEn cultivos lííquidos fase inicial y en quidos fase inicial y en fase estacionaria fase estacionaria �������� ccéélulas vuelven a lulas vuelven a
ser sensibles al ser sensibles al farnesolfarnesol
DISPARADORES DE LA TRANSICIDISPARADORES DE LA TRANSICIÓÓNN
�� Densidad Densidad ≥≥ 101066 ccéélulas/mllulas/mlLevaduras Levaduras brotantesbrotantes
�� Densidad < 10Densidad < 1066 ccéélulas/mllulas/mlTubo germinativo Tubo germinativo �������� HifaHifa
Densidad del inDensidad del inóóculo (culo (in in
vitrovitro))C.albicansC.albicans Suero Suero -- 3737°°CC
LL--prolina / Nprolina / N--AcAc--GlcGlc
L L �������� HH
FenFenóómeno de meno de QuorumQuorum sensingsensing
QSMsQSMs mediadores mediadores extracelulares producidos x Lextracelulares producidos x L
FarnesolFarnesol (C(C1515HH2626O)O)
Densidad del inDensidad del inóóculo y Morfogculo y Morfogéénesis en nesis en C.albicansC.albicans BIOFILMSBIOFILMS
Colonización
inicial x L
3-6 hs. Formación
T.G. cuerpo del
biofilm24-48 hs. Biofilm
maduro: L, H y PsH
Impenetrables a respuesta inmumeHospedero y ATF
FarnesolFarnesol
�������� morfologmorfologíía a biofilmbiofilm
Hasta 3 Hasta 3 hshs. y . y despudespuéés de 24 s de 24 hshs..
LiberaciLiberacióón Ln L
��������
Nuevos Nuevos biofilmsbiofilms
BiofilmsBiofilms sobre matrices / dispositivos msobre matrices / dispositivos méédicos (catdicos (catééteres , prteres , próótesis)tesis)
�������� �������� infecciinfeccióón x n x C.albicansC.albicans
MORFOTIPOS Y DIVISIMORFOTIPOS Y DIVISIÓÓN CELULARN CELULAR
MORFOGMORFOGÉÉNESIS EN CNESIS EN CÉÉLULAS EN CRECIMIENTO Y DIVISILULAS EN CRECIMIENTO Y DIVISIÓÓNN
LEVADURAS
Núcleo
PolarisomaBanda septina
Crecimiento polarizado Crecimiento polarizado crecimiento crecimiento isotrisotróópicopicoPolarisomaPolarisoma
Complejo proteComplejo proteíínas nas �������� direccidireccióón n
HIFASSeptoSpitzenkorper
Crecimiento apical polarizado permanentementeCrecimiento apical polarizado permanentemente
EstructEstruct. membranosa . membranosa del extremo del extremo hifalhifalPolarisomaPolarisoma + + SpitzenkorperSpitzenkorper ��������
Polarisoma
Casi sin crecimiento Casi sin crecimiento isotrisotróópicopicoTendencia de sus cTendencia de sus céélulas a lulas a
permanecer unidaspermanecer unidas
PatrPatróón crecimiento celular n crecimiento celular ≠≠+ cercano a L+ cercano a L
Crecimiento polarizadoCrecimiento polarizadoPolarisomaPolarisoma
PSEUDOHIFAS Polarisoma
MORFOTIPOS Y DIVISIMORFOTIPOS Y DIVISIÓÓN CELULARN CELULAR
DISPARADORES DE LA TRANSICIDISPARADORES DE LA TRANSICIÓÓN N Levadura Levadura ↔↔ PseudohifaPseudohifa
�� Medios ricos en fosfatos o alcanos Medios ricos en fosfatos o alcanos �� ≠≠ regulaciregulacióón ciclo divisin ciclo divisióón celularn celular
�������� Tiempo Tiempo Crecimiento polarizado / Crecimiento polarizado / isotrisotróópicopico
MORFOTIPOS Y DIVISIMORFOTIPOS Y DIVISIÓÓN CELULARN CELULAR
Clamidoconidio
Célula suspensora
CLAMIDOCONIDIOS Septo
PolarisomaPolarisoma y y SpitzenkorperSpitzenkorper
�� ≠≠ Crecimiento celular Crecimiento celular �������� ≠≠ rol fisiolrol fisiolóógico??gico??
�� CCéélulas de latencia??lulas de latencia?? �� �������� Viabilidad ??Viabilidad ??
DISPARADORES DE LA TRANSICIDISPARADORES DE LA TRANSICIÓÓN N
Levadura Levadura ↔↔ ClamidoconidioClamidoconidio
�� �������� OO22, , �������� luz, luz, �������� TTa.a., , �������� nutrientesnutrientes
�� Medios con arroz, leche, harina de maMedios con arroz, leche, harina de maííz + z + TweenTween 8080
�������� ccéélulas lulas suspensorassuspensoras y y clamidoconidiosclamidoconidios
PROLONGACIÓN DE CRUZAMIENTOProlongación
Célula opaca
Cruzamiento sexualCruzamiento sexual
Hormonas fHormonas fúúngicasngicasCCéélulas de polaridad lulas de polaridad
opuestaopuesta
~~ zigosforoszigosforos
MORFOTIPOS Y DIVISIMORFOTIPOS Y DIVISIÓÓN CELULARN CELULAR
TRANSICITRANSICIÓÓN ??? CN ??? Céélulas Blancas lulas Blancas ↔↔ CCéélulas Opacaslulas Opacas
CCéélulas ovoides, lulas ovoides, brotantesbrotantesColonias cremaColonias crema
CCéélulas lulas elongadaselongadas, pared irregular, pared irregularColonias planas grisesColonias planas grises
< viabilidad< viabilidad
??? ???
MORFOGMORFOGÉÉNESISNESIS
�������� Cambios metabCambios metabóólicos y bioqulicos y bioquíímicos en la cmicos en la céélulalula
ExpresiExpresióón diferencial de genesn diferencial de genes
�� Componentes estructuralesComponentes estructurales
�� Reguladores del ciclo celularReguladores del ciclo celular
�� ∆∆ composicicomposicióón membrana n membrana
plasmplasmáática y pared celulartica y pared celular
�� ∆∆ AgAg
�� ∆∆ rasgos de virulenciarasgos de virulencia
EXPRESIEXPRESIÓÓN GENN GENÉÉTICA ESPECTICA ESPECÍÍFICA DEL MORFOTIPO PATOGFICA DEL MORFOTIPO PATOGÉÉNICONICO
Genes con expresiGenes con expresióón >>> en Hifas que en Levadurasn >>> en Hifas que en LevadurasC. C. albicansalbicans
�� ECE1 ECE1 �������� extensiextensióón de elongacin de elongacióón celularn celular
�� HWP1 HWP1 �������� proteproteíína de pared celular que se U na de pared celular que se U covalentementecovalentementea ca céélulas Hospederolulas Hospedero
�� ALS3 ALS3 �������� proteproteíína de adhesina de adhesióón superficialn superficial
EXPRESIEXPRESIÓÓN GENN GENÉÉTICA ESPECTICA ESPECÍÍFICA DEL MORFOTIPO PATOGFICA DEL MORFOTIPO PATOGÉÉNICONICO
+ 500 genes con expresi+ 500 genes con expresióón n �������� ≠≠ en las 2 fasesen las 2 fasesH. H. capsulatumcapsulatum
MICELIOMICELIO LEVADURALEVADURA
Inmuno Inmuno
estimulantes estimulantes
fagocitosfagocitos
HospederoHospedero
ββ--(1,3) (1,3) glucanosglucanosReceptores Receptores dectinadectina--11
FagocitosFagocitos ��������
ClearenceClearence
αα--(1,3) (1,3) glucanosglucanos
virulenciavirulencia�������� Respuesta Respuesta HospederoHospedero
¿¿CCóómo detecta el hongo las mo detecta el hongo las ∆∆ ambientales y regula ambientales y regula
la transicila transicióón de fase?n de fase?
Red de vRed de víías de transduccias de transduccióón de sen de seññales ales
coordinada por reguladores de transcripcicoordinada por reguladores de transcripcióónn
VVíías de as de transduccitransduccióón de n de
seseññalesales
Molécula señal extracelularProteína receptora
Proteínas de andamiaje
Complejos de señalización
CITOSOL TRANSDUCCIÓN PRIMARIA
Activación Proteína efectora
Transmisión en cadena
Amplificación
Integración
Diseminación
Anclaje
Modulación
Transcripción de genes
Proteína efectora activada
Núcleo
Membrana nuclear
Gen activado
Elemento de respuesta a señal
Membrana plasmática
∆∆ ssííntesis protentesis proteíínasnasLenta (Lenta (minmin--horas)horas)
∆∆ comportamiento comportamiento celularcelular
∆∆ funcifuncióón proten proteíínasnasRRáápida (pida (segseg--minmin))
∆∆ maquinaria maquinaria citoplasmcitoplasmááticatica
ActivaciActivacióón de proten de proteíínas de senas de seññalizacializacióónn
�� Por U de pequePor U de pequeñños mediadores intracelulares: os mediadores intracelulares: AMPcAMPc, Ca, Ca2+2+
�� Por modificaciones covalentes Por modificaciones covalentes
�� Por U a otras molPor U a otras molééculas de seculas de seññalizacializacióónn
�� Por ganancias de grupos fosfato (P)Por ganancias de grupos fosfato (P)
SeSeññalizacializacióón x fosforilacin x fosforilacióón n ProteProteíínn quinasasquinasas
Proteinquinasa
Proteinfosfatasa
Cascadas de fosforilaciCascadas de fosforilacióónn
Ser/Ser/ThrThr, , TyrTyr quinasasquinasas, , mixtasmixtas
amplificaciamplificacióónn
pH alcalino pH alcalino --neutroneutro
Rim101Rim101Cdc42Cdc42
LL--Pro Pro -- NN--AcAc GlcGlcSuero Suero –– MatrizMatriz
3737°°CC
AMPcAMPc
ProteProteíínn quinasaquinasaPKAPKA
Tec1Tec1 Efg1Efg1
RASRAS
polarisomapolarisomaSpitzenkorperSpitzenkorper??
RegulaciRegulacióón de la Morfogn de la Morfogéénesis en nesis en C.albicansC.albicans ACTIVACIACTIVACIÓÓNN
�������� NutrientesNutrientesMatingMating
CascadaCascadaMAP MAP quinasaquinasa
Cph1Cph1
Hst7Hst7
++
Genes especGenes especííficos Hifaficos Hifa PsHPsHHHLL
Genes especGenes especííficos Hifaficos Hifa
LL HH PsHPsH--
Represores Represores de de
transcripcitranscripcióónn Tup1Tup1
Nrg1Nrg1
Tup1Tup1
Rfg1Rfg1 Rbf1Rbf1
RegulaciRegulacióón de la Morfogn de la Morfogéénesis en nesis en C.albicansC.albicans REPRESIREPRESIÓÓNN
�� RegulaciRegulacióón (n (--) )
L L �������� HH
L L �������� PsPs HH
↓↓ Tup1, Nrg1 y Rfg1Tup1, Nrg1 y Rfg1
L L �������� PsPs HH
Efg1Efg1fosfatos / alcanos fosfatos / alcanos ↑↑
RegulaciRegulacióón de la Morfogn de la Morfogéénesis en nesis en C.albicansC.albicans REPRESIREPRESIÓÓNN
Nrg1Nrg1Permite Permite ≠≠
�� C.albicansC.albicans
�������� C.dubliniensisC.dubliniensis
L L �������� ClamidoconidiosClamidoconidios
C.albicansC.albicans
C.dubliniensisC.dubliniensisAgar Semillas Girasol / Agar Semillas Girasol / StaibStaib Agar Agar
L L �������� ClamidoconidiosClamidoconidios
C.albicansC.albicans y y C.dubliniensisC.dubliniensis
Genomas Genomas ~~
Efg1Efg1↑↑ MAP MAP quinasaquinasa ++
Agar leche /Agar Harina MaAgar leche /Agar Harina Maíízz
CCéélulas blancas lulas blancas ““oo”” CCéélulas opacaslulas opacas
Candida Candida
albicansalbicans
CCéélulas blancaslulas blancas
HeterocigotasHeterocigotasMTLMTL
CCéélulas opacaslulas opacas
HomocigotasHomocigotasMTLMTL
ExpresiExpresióón n ≠≠ de de genesgenes
Efg1Efg1
Tup1Tup1
�������� expresadoexpresado
ReprimidoReprimido
+ + condiccondic. . ambamb..
PSEUDOHIFASPSEUDOHIFAS
�������� Expresado Expresado ��������MAPMAP quinasaquinasa
ReprimidoReprimido
+ + condic.ambcondic.amb..
+ hormonas+ hormonas
+ + ccééll. . Polaridad Polaridad opuestaopuesta
PROYECCIPROYECCIÓÓN DE N DE MATINGMATING
Hongos DMFHongos DMF
MatingMating ssóólolo
x 1 x 1 morfotipomorfotipo