RESSALVA Atendendo solicitação do(a) autor(a), o texto completo deste trabalho será disponibilizado somente a partir de 24/03/2019. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” FACULDADE DE CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS DE ARARAQUARA 0 NAYLA DE SOUZA PITANGUI REGULAÇÃO TRANSCRICIONAL, METABÓLICA E PERFIL DE MICRORNAs DOS BIOFILMES DE Histoplasma capsulatum: GENES, METABÓLITOS E RNAs NÃO CODIFICANTES COMO ALVOS TERAPÊUTICOS E/OU BIOMARCADORES Araraquara 2017 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” FACULDADE DE CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS DE ARARAQUARA 0 NAYLA DE SOUZA PITANGUI REGULAÇÃO TRANSCRICIONAL, METABÓLICA E PERFIL DE MICRORNAs DOS BIOFILMES DE Histoplasma capsulatum: GENES, METABÓLITOS E RNAs NÃO CODIFICANTES COMO ALVOS TERAPÊUTICOS E/OU BIOMARCADORES Tese apresentada ao programa de Pós-Graduação em Biociências e Biotecnologia aplicadas à Farmácia da Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Araraquara – UNESP como pré-requisito para obtenção do título de Doutor. Orientadora: Profa. Dra. Ana Marisa Fusco Almeida Coorientador: Dr. Paulo César Gomes Araraquara 2017 0 0 III Este trabalho foi desenvolvido na Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Araraquara/SP – UNESP, sendo a doutoranda contemplada com bolsa da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – CAPES – e contou com auxílio financeiro da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo – FAPESP (processo nº 2013/05853-1) e do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq Universal (processo nº 480316/2012-0). IV “Por vezes sentimos que aquilo que fazemos não é senão uma gota de água no mar. Mas o mar seria menor se lhe faltasse uma gota”. Madre Teresa de Calcuta V Dedicatória A quem esteve constantemente em meus pensamentos aliviando qualquer aflição e aplaudindo as minhas vitórias: Deus, meus pais Arnaldo e Sônia, meu marido Anderson e a minha jóia preciosa Tomás. VI Agradecimentos Acima de tudo, demonstro minha maior gratidão a Deus, por me capacitar física e intelectualmente para o desenvolvimento deste trabalho e por estar traçando os melhores caminhos para a minha vida. Aos meus pais que, em primeiro lugar, me deram uma base sólida e me fazem viver diariamente o verdadeiro sentido de “família”. Como é bom saber que tenho vocês, que sempre me incentivam com suas opiniões que nunca falham sobre os meus caminhos e com seus aplausos que enchem o coração e que fazem todo o esforço valer a pena. Vocês são os meus maiores e melhores professores da vida. A minha gratidão é eterna por tudo o que representam e fazem. Amo vocês meus exemplos! Ao meu marido, Anderson, por todo seu carinho, proteção e amor. Que esteve comigo em todos os momentos desta jornada, tornou os meus dias muito mais leves com o seu carinhoso “Bom dia meu amor”, enfrentou sol, chuva e frio pra que eu não ficasse sozinha e acreditou em mim quando eu mesma não acreditei. Impossível não agradecer ainda sua paciência. Amo você minha fortaleza! Ao meu filho amado Tomás, que com toda certeza, tem sido a melhor experiência de toda a minha vida e que tem me incentivado a alcançar os meus maiores sonhos. “Antes deles a gente acha que não vai dar. Que não vai ter tempo, que vai sobrar cansaço. Que está com sono e então “deixa pra amanhã, não tem problema”... mas eles chegam e provam que amanhã vai ser tarde, que na verdade, o cansaço é que a gente deixa pra depois. Que o tempo se multiplica. Que a força se reproduz. Eles nos mostram que o trabalho agora é garantia de escola, viagens, alegria, brinquedos, comida, vacinas, roupinhas e leite. Eles chegam e chacoalham tudo. Eles chegam e tiram tudo do lugar, mas na verdade eles criam novos lugares para tudo. E assim a gente vai... se desdobra para que não falte nada, e não só isso; a gente se vira em mil e uma para que, além de não faltar, que ainda sobre; sobre, principalmente, alguns minutinhos ao lado deles”. Amo você minha vida! A minha querida irmã Camila, minha sobrinha Amelie e ao meu cunhado Fábio, que mesmo do outro lado do mundo estão presentes em meus pensamentos e me fizeram entender que quanto maior a distância, maior também é o amor e a alegria do reencontro. Amo vocês minha saudade! A minha avó Amélia (in memoriam) que acompanha todas as etapas da minha caminhada e que acalenta meu coração nas horas mais críticas! Amo você eternamente minha companheira! VII A minha avó Lourdes, por todo amor e carinho! Aos meus sogros Beta e Silvio, aos meus cunhados Danilo, Fabiana e Gustavo, e aos meus sobrinhos Leo e Lara, por me acolherem desde sempre em sua casa e no coração. Hoje nós sabemos que nossa família é o nosso bem maior. Amo vocês minha família! A minha confidente pessoal e profissional, aquela que transmite todo o seu conhecimento e experiência, aquela que não mede esforços pra me fazer o bem, que se doa de todo o coração, que passa meses sem me ver, mas não passa uma semana sem se preocupar comigo, que me deseja o melhor e que me ensinou muito sobre a vida acadêmica. Minha irmã de coração, Janaína! Aquele por quem a afinidade foi imediata, que muito, mas muito mais que um co-orientador soube me ouvir em quantas situações pessoais e profissionais foram necessárias, aquele mineiro que devagar me faz repensar em minhas fraquezas e quer o meu melhor, que assumiu, junto comigo, várias das minhas preocupações e que foi fundamental para o êxito deste trabalho. Meu amigo e professor Paulo! Aquela que foi meu porto seguro em Araraquara, não importa o que havia, eu sabia que poderia contar com ela a qualquer hora do dia ou da noite! Ela me trasmitiu dicas valiosas para ter sucesso em cultura de células, microscopia, citometria de fluxo e maternidade! Minha gratidão é eterna por todo o seu apoio minha grande amiga e mãe do Augusto, Claudia! A quem, graças a Deus, cruzou meu caminho e embora tenha sido por pouco tempo, ocupou um lugar enorme em meu coração e em minha vida! Minha amiga e mãe exemplar Thais Bernardi! A minha comadre e madrinha que me acompanha desde a faculdade! Aquela que passou comigo por muitas experiências ao longo destes 12 anos, dividindo trabalhos e preocupações! A minha amiga Fernanda Gullo! A companheira das horas de almoço, café e desabafo! A quem esteve sempre presente nos últimos 4 anos e se dispôs de coração! A quem me deixou mais segura em Araraquara, minha amiga Natália! A quem tenho imensa admiração e respeito pela sua dedicação incansável à carreira acadêmica. Ah como sou grata por ter conhecido este exemplo de profissional, que não mede esforços e nem distância para transmitir sua experiência e conhecimento! Com toda a certeza a colaboração com ela tornou possível a concretização deste trabalho! Meus sinceros agradecimentos a Professora Maria Lucia Taylor! Agradeço ainda a companheira científica VIII Gabriela Rodríguez-Arellanes por todo o conhecimento compartilhado e pela sua disponibilidade de ajudar em todas as necessidades! A orientadora deste trabalho, que me deu a grande oportunidade de ingressar em um laboratório no qual pude contar com uma estrutura física e científica gigantesca e que, acima de tudo, confiou em meu trabalho. Agradeço a ela por ter permitido que eu fizesse parte deste time. Aquela que se desdobra em mil para que tudo possa correr bem. Com toda certeza ela foi fundamental para o meu crescimento profissional. Agradeço a professora, orientadora, mãe e mais um milhão de funções que ela agarra com unhas e dentes, Ana Marisa Fusco Almeida! A profa. Maria José Soares Mendes Giannini, que me inspira tanto com sua postura pessoal e profissional. Aquela que mesmo ausente se fez tão presente e contribuiu tanto para que “o dar o melhor de mim mesma” fosse feito. Você é um exemplo de sucesso. Obrigada Zezé! Ao professor Francisco Javier Enguita, que me proporcionou a exploração de um mundo novo na investigação dos microRNAs. Ao professor Mario Sergio Palma, por abrir as portas do seu laboratório e acreditar em nosso trabalho! Ao professor Alessandro Varani, pela sua disponibilidade em colaborar com o desenvolvimento deste trabalho dominando as ferramentas de bioinformática! A técnica do laboratório, Rosângela, por toda ajuda e por compartilhar sua infinita experiência comigo. Hoje acredito que ela conhece cada fungo como ninguém e é sempre muito bom contar com o conhecimento dela. Muito obrigada Rô! A Rosemira pelo seu querer bem com o coração mais puro e verdadeiro. A Junya de Lacorte, por quem tenho admiração pela sua dedicação ao trabalho de forma séria e comprometida. Aquela que me ensinou com tanta paciência. Obrigada pela nossa parceria! A todos os companheiros desta vida acadêmica desafiadora, que em algum momento certamente me ajudaram nesta caminhada científica: Lili, Mari, Priscila, Carol Tatoo, Mônica, Rodrigo, Haroldo, Aline, Laranja, Panta, Fer Sangalli, Carol Mineira, Regina, Jaque, Warley, Ana Cerrejón, Suélen, Julhiany, Tati, Wanessa, Luana, Kayla, Fernando Rogério Pavan, Paula Carolina de Souza, Gabriela Guimarães Sousa Leite, Felipe Oliveira, Camila Fernandes, Bibiana, Letícia, Maysa, Rosana, Marina, Christiane Pienna, Alexandra Ivo de Medeiros, Rondinelli Herculano, Natan, Mateus, Bruna, Andrei Moroz, Marisinha, Iracilda Zeppone Carlos, Eliana, Maria Célia Bertolini, Iguatemy Lourenço Brunetti, Renata Pires, Eliana Gertrudes de Macedo Lemos e Rosely Maria Zancopé Oliveira. IX A dedicação das funcionárias da secretaria de pós-graduação, fundamentais para o bom andamento das atividades acadêmicas. Obrigada Claudia, Daniela, Flávia e Joyce! A minha madrinha e comadre Cynthia Silva, que tem acompanhado de perto todas as etapas mais importantes da minha vida e que torce verdadeiramente pelo meu sucesso. As minhas amigas farmacêuticas, que estão sempre dispostas a ouvir e dividir qualquer dificuldade: Bruna, Carol, Dani, Gi Spósito, Tha Frezin e Thais Ferreira. E aquelas que sempre me acompanham na caminhada da vida: Tawana, Aila e Graciele. A Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES, ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq e a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - FAPESP, pelo suporte financeiro. Enfim, a todos aqueles citados aqui e os que por ventura eu tenha me esquecido, que contribuíram direta ou indiretamente para minha travessia nesta etapa tão importante da minha carreira. Muito obrigada! X ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Representação Esquemática das tecnologias “Ômicas” e suas moléculas. 34 Figura 2. Crescimento de leveduras de H. capsulatum em culturas planctônicas e 51 biofilmes. Figura 3. Eletroferograma da Integridade do RNA. 52 Figura 4. Validação das bibliotecas de cDNA. 53 Figura 5. Diagramas de Venn do transcriptoma de H. capsulatum. 59 Figura 6. Perfil transcriptômico de H. capsulatum. 60 Figura 7. Ensaio de Viabilidade de Mø AMJ2-C11 infectados com leveduras de H. 65 capsulatum após 5 h. Figura 8. Fold Change Plot dos transcritos diferencialmente expressos em biofilmes vs. 68 culturas planctônicas da cepa EH-315 de H. capsulatum. Figura 9. Fold Change Plot dos transcritos diferencialmente expressos em culturas 71 planctônicas da cepa EH-315 vs. culturas planctônicas da cepa 60I de H. capsulatum. Figura 10. Fold Change Plot dos transcritos diferencialmente expressos em biofilmes da 74 cepa EH-315 vs. biofilmes da cepa 60I de H. capsulatum. Figura 11. Fold Change Plot dos transcritos diferencialmente expressos em biofilmes vs. 76 culturas planctônicas da cepa 60I de H. capsulatum. Figura 12. Perfis de citometria ilustrando a intensidade de fluorescência (FI) de leveduras 77 de H. capsulatum na infecção de células fagocíticas AMJ2-C11, analisadas por citômetro de fluxo FACSCantoTM. Figura 13. Perfis de citometria ilustrando a intensidade de fluorescência (FI) de leveduras 78 de H. capsulatum na infecção de células fagocíticas AMJ2-C11, analisadas por citômetro de fluxo FACSCantoTM. Figura 14. Perfil de infecção de diferentes cepas de H. capsulatum à Mø alveolares 78 murinos. Figura 15. Ensaio de Viabilidade de Mø THP-1 like infectados com leveduras de H. 80 capsulatum após 5 h. XI Figura 16. Perfis de citometria ilustrando a intensidade de fluorescência (FI) de leveduras 81 de H. capsulatum na infecção de Mø THP-1 like e, analisadas por citômetro de fluxo FACSCantoTM. Figura 17. Perfis de citometria ilustrando a intensidade de fluorescência (FI) de leveduras 82 de H. capsulatum na infecção de Mø THP-1 like e, analisadas por citômetro de fluxo FACSCantoTM. Figura 18. Perfil de infecção de diferentes cepas de H. capsulatum à Mø humanos. 82 Figura 19. Eletroferograma da Integridade do RNA de Mø THP-1 like. 84 Figura 20. Volcano Plot dos perfis de miRNAs detectados em Mø infectados com 86 leveduras de H. capsulatum. Figura 21. Fold Change Plot dos miRNAs diferencialmente expressos em Mø THP-1 não 90 infectados e infectados com leveduras de H. capsulatum. Figura 22. Análise de agrupamento hierárquico da expressão de miRNAs aberrantes em 93 Mø infectados com leveduras de H. capsulatum. Figura 23. Redes de interação miRNA-RNAm. 95 Figura 24. Redes de interação miRNA-RNAm. 101 Figura 25. Produção de polissacarídeos totais por H. capsulatum. 103 Figura 26. Perfil cromatográfico (1) dos metabólitos de leveduras de H. capsulatum. 104 Figura 27. Perfil cromatográfico (2) dos metabólitos de leveduras de H. capsulatum. 105 Figura 28. Diagramas comparativos dos metabólitos de biofilmes e culturas planctônicas de H. capsulatum por massas moleculares. Figura 29. Sobreposição dos metabólitos totais detectados nas amostras de biofilmes e culturas planctônicas da cepa EH-315 de H. capsulatum por LC-MS/MS. Figura 30. Metabólitos de massas moleculares comuns entre biofilmes e culturas planctônicas da cepa EH-315 de H. capsulatum distribuídos em um range de 200-1800 Da. Figura 31. Diagramas comparativos dos metabólitos de biofilmes e culturas planctônicas de H. capsulatum por intensidade relativa. Figura 32. Metabólitos de massas moleculares comuns entre biofilmes e culturas planctônicas da cepa EH-315 de H. capsulatum, mas produzidos com intensidades 106 107 109 110 111 XII diferentes. Figura 33. Metabólitos de massas moleculares exclusivas dos biofilmes e das culturas planctônicas da cepa EH-315 de H. capsulatum distribuídos em um range de 200-2400 Da. Figura 34. Representação esquemática do perfil metabólico de H. capsulatum em biofilmes e em culturas planctônicas. 113 114 XIII ÍNDICE DE TABELAS Tabela 1. Conteúdo das placas comerciais (Exiqon) Human miRNome, Painéis I e II, V4. 46 Tabela 2. Concentração de RNA obtido após extração utilizando o Kit RNeasy Plant Mini 52 Kit®. Tabela 3. GDEs pela cepa EH-315 em biofilmes e em crescimento planctônico. 55 Tabela 4. GDEs pelas cepas EH-315 e 60I em crescimento planctônico. 56 Tabela 5. GDEs pelas cepas EH-315 e 60I em biofilmes. 57 Tabela 6. GDEs pela cepa 60I em biofilmes e em crescimento planctônico. 58 Tabela 7. Categorização funcional dos genes com expressão significativamente alterada em 64 biofilmes vs. culturas planctônicas da cepa EH-315 de H. capsulatum obtidos por RNA- Seq. Tabela 8. Categorização funcional dos genes com expressão significativamente alterada em 67 culturas planctônicas da cepa EH-315 vs. culturas planctônicas da cepa 60I de H. capsulatum obtidos por RNA-Seq. Tabela 9. Categorização funcional dos genes com expressão significativamente alterada 70 nos biofilmes da cepa EH-315 vs. biofilmes da cepa 60I de H. capsulatum obtidos por RNA- Seq. Tabela 10. Categorização funcional dos genes com expressão significativamente alterada 73 em biofilmes da cepa 60I vs. culturas planctônicas de H. capsulatum obtidos por RNA-Seq. Tabela 11. Concentração de RNA obtido após extração utilizando o Kit RNeasy Plant Mini 83 Kit®. Tabela 12. miRNAs diferencialmente expressos em Mø THP-1 não infectados e infectados 88 com leveduras de H. capsulatum. Tabela 13. Vias associadas aos genes-alvo regulados pelos miRNAs diferencialmente 98 expressos por Mø infectados com H. capsulatum. XIV LISTA DE ABREVIATURAS ACN – acetonitrila BCRJ – banco de células do Rio de Janeiro BHI-broth – meio infusão cérebro-coração caldo Cbp1 – Calcium binding protein CBSI – Candida bloodstream infections cDNA – DNA complementar CFSE – 5(6)-Carboxyfluorescein diacetate N-succinimidyl Ester CID – decomposição induzida por colisão Ct – Cycle threshold DL50 – Dose Letal 50% DMEM – Dulbecco’s modified Eagle’s medium DNA – ácido desoxirribonucleico EF-1α – elongation factor 1-alpha EPB41 – Erythrocyte protein band 4.1 EthD-1 – homodímero de etídio ESI – fonte de ionização “electrospray” FI – intensidade de fluorescência FR – Forward-reverse GAPDH – Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase GC/MS – cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas GDEs – Genes Diferencialmente Expressos GO – gene ontology HBF – high biofilm formers HIV – Vírus da imunodeficiência humana Hsp60 – Heat shock protein 60 kDa IP-PGC-TOF/MS – cromatografia de pareamento iônico-coluna de carbono grafítico poroso acoplada a um sistema de espectrometria de massas do tipo tempo de voo LC-ESI-MS – cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas por ionização electrospray LC-MS – cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas LC-MS/MS – cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas sequencial XV LCMS-IT-TOF – espectrômetro de massas híbrido que combina as tecnologias Ion Trap e tempo de voo LBF – low biofilm formers LNA – Locked Nucleic Acid MØ – macrófagos MEC – matriz extracelular miRNAs – microRNAs MOI – multiplicidade de infecção (Multiplicity of infection) ncRNAs – RNAs não-codificantes NGS – Next Generation Sequencing pb – pares de bases PBS – phosphate-buffered saline PCR – reação em cadeia pela polimerase PEI – polissacarídeos extracelulares insolúveis PES – polissacarídeos extracelulares solúveis PI – polissacarídeos intracelulares PMA – phorbol 12-myristate 13-acetate PMSF – Phenylmethylsulfonyl fluoride QS – quorum-sensing RIN – RNA integrity number RNA – ácido ribonucléico RNAi – RNA de interferência RNAm – RNA mensageiro RNAr – RNA ribossomal RNAt – RNA transportador RP – HPLC – Reversed phase high-performance liquid chromatography RPKM – reads per kilobase por million RPMI – Roswell Park Memorial Institute RQ – quantificação relative (Fold Change) RT-qPCR – reverse transcription-quantitative PCR SFB – soro fetal bovino S/N – relação sinal-ruído TCA – ácido tricloroacético TFA – ácido trifluoroacético XVI UFLC – Ultra Fast Liquid Chromatograph UV – ultravioleta YPS3 – yeast-phase-specific XVII RESUMO Histoplasma capsulatum variedade capsulatum é um patógeno fúngico dimórfico causador de uma importante micose sistêmica, denominada histoplasmose. A patogenia da histoplasmose ocorre como resultado da inalação dos microconídios da fase miceliar, que afetam primariamente os pulmões onde ocorre a diferenciação em leveduras, que posteriormente, induzem uma infecção pulmonar e disseminação para outros órgãos, particularmente em indivíduos imunocomprometidos. Recentemente, foi estabelecida uma correlação entre o modo de infecção de H. capsulatum e a formação de biofilmes, estruturas caracterizadas como redes tridimensionais complexas que induzem, entre outros, a resistência antifúngica. Por esta razão, é emergente a identificação de um novo alvo e/ou biomarcador que possa ser selecionado, a fim de estabelecer um novo regime terapêutico e/ou ferramenta diagnóstica para a histoplasmose. Com base nisto, este trabalho tem como objetivo analisar a regulação transcricional codificante e metabólica diferencial entre as duas formas de crescimento de H. capsulatum, em biofilmes e em crescimento planctônico, bem como determinar o perfil de microRNAs (miRNAs) aberrantes em células hospedeiras em resposta à infecção com leveduras livres e biofilmes. O sequenciamento completo das regiões transcritas foi realizado utilizando a plataforma HiSeq da Illumina e a investigação do padrão de miRNAs em macrófagos (Mø) hospedeiros infectados foi conduzida empregando uma técnica de RT- qPCR (reverse transcription-quantitative PCR). Subsequentemente, a produção de polissacarídeos totais foi determinada em amostras de culturas planctônicas, biofilmes e sobrenadante dos biofilmes e, adicionalmente, a abundância dos metabólitos de natureza não proteica e pequenos peptídeos nestas formas de crescimento foi estabelecida por LC-MS/MS. Em resumo, os dados obtidos revelaram que a estruturação das leveduras em biofilmes induz uma regulação negativa nos processos transcricionais direta (genoma codificante – RNAm) e indiretamente (genoma não-codificante – miRNAs) e, nos processos metabólicos das leveduras, resultante da: a) expressão reprimida da maioria dos genes (≈80% down-regulated) quando as leveduras livres passam a organizarem-se em biofilmes; b) superexpressão de todos os miRNAs alterados na comparação de células infectadas com biofilmes vs. leveduras planctônicas; c) intensidade relativa reduzida (DOWN) da maioria dos metabólitos (57%) produzidos pelas células em biofilmes em relação à intensidade nas homólogas livres, considerando os metabólitos com a mesma massa molecular entre biofilmes e culturas planctônicas e; d) produção significativamente menor de metabólitos exclusivos pelas culturas em biofilmes (8%) vs. células planctônicas (18%). Por conseguinte, no presente estudo, através das abordagens desenvolvidas foram indicadas as moléculas (genes, miRNAs XVIII e metabólitos) que constituem uma fonte potencial para delinear: a) um marcador de biofilmes na infecção às células hospedeiras; b) novos protótipos para a terapêutica da histoplasmose e; c) novos biomarcadores como ferramentas diagnósticas para a histoplasmose. Palavras-chave: Transcriptômica. Metabolômica. MicroRNAs. Histoplasma capsulatum. Biofilmes. XIX ABSTRACT Histoplasma capsulatum variety capsulatum is a dimorphic fungal pathogen that causes an important systemic mycosis, called histoplasmosis. The pathogenesis of histoplasmosis occurs as a result of the inhalation of mycelial microconidia, which primarily affect the lungs where differentiation occurs in yeast, which subsequently induce pulmonary infection and dissemination to other organs, particularly in immunocompromised individuals. Recently, a correlation was established between the mode of infection of H. capsulatum and the formation of biofilms, structures characterized as complex three-dimensional networks that induce, among others, antifungal resistance. For this reason, it is emerging the identification of a new target that can be selected in order to establish a new therapeutic strategy for histoplasmosis. Based on this, this work aims to analyze the differential transcriptional and coding transcriptional regulation between the two forms of growth of H. capsulatum in biofilms and planktonic growth, as well as to determine the profile of aberrant microRNAs (miRNAs) in host cells post-infection with free yeasts and biofilms. Complete sequencing of the transcribed regions was performed using the Illumina HiSeq platform and the investigation of the miRNA pattern in infected host macrophages (Mø) was conducted using a reverse transcription-quantitative PCR (RT-qPCR) technique. Subsequently, the production of total polysaccharides was determined in samples of planktonic cultures, biofilms and supernatant of the biofilms and, additionally, the abundance of non-protein metabolites and small peptides in these growth forms was established by LC-MS/MS. In summary, the data obtained showed that the structure of yeasts in biofilms induces a negative regulation in the direct (coding genome - mRNA) and indirectly (non-coding genome - miRNAs) transcriptional processes and in the yeasts metabolic processes, resulting from: a) suppressed expression of most genes (≈80% down-regulated) when the free yeasts are organized in biofilms; b) overexpression of all altered miRNAs in the comparison of cells infected with biofilms vs. planktonic yeasts; c) reduced relative intensity (DOWN) of most of the metabolites (57%) produced by cells in biofilms compared to the intensity in the free homologues, considering the metabolites with the same molecular mass between biofilms and planktonic cultures; d) significantly lower production of exclusive metabolites by cultures in biofilms (8%) vs. planktonic cells (18%). Accordingly, in the present study, the approaches performed indicated molecules (genes, miRNAs and metabolites) that are a potential source for delineating: a) a marker of biofilms in infection to host cells; b) new prototypes for histoplasmosis therapy and; c) new biomarkers as diagnostic tools for histoplasmosis. Key words: Transcriptomic. Metabolomic. MicroRNAs. Histoplasma capsulatum. Biofilms. XX SUMÁRIO Índice de Figuras X Índice de Tabelas XIII Lista de Abreviaturas XIV Resumo XVII Abstract XIX Capítulo I – Tese 23 1. Introdução 24 2. Objetivos 33 2.1. Objetivo geral 33 2.2. Objetivos específicos 33 2.3. Representação Esquemática 33 3. Materiais e Métodos 35 3.1. Microrganismos e condições de cultivo 35 3.2. Culturas planctônicas e formação dos biofilmes de H. capsulatum 36 3.3. Análise transcriptômica 36 3.3.1. Extração do RNA das cepas EH-315 e 60I de H. capsulatum para sequenciamento 36 em larga escala (Illumina Hi Seq) utilizando o kit RNeasy Plant Mini Kit® 3.3.2. Quantificação e avaliação da pureza e integridade do RNA das amostras 37 3.3.3. Construção das bibliotecas de DNA complementar (cDNA) 37 3.3.4. Clusterização e sequenciamento dos transcritos das cepas EH-315 e 60I de H. 39 capsulatum em biofilmes e em crescimento planctônico 3.3.5. Análise dos dados de sequenciamento 39 3.3.6. Identificação, categorização funcional e localização de domínios proteicos 40 3.4. Determinação da viabilidade celular e porcentagem de infecção em Mø alveolares 40 (AMJ2-C11) por diferentes cepas de H. capsulatum 3.4.1. Cultura de células AMJ2-C11 40 3.4.2. Determinação da viabilidade celular após infecção de células AMJ2-C11 utilizando 41 o kit Live/Dead® 3.4.3. Infecção por H. capsulatum às células AMJ2-C11 e determinação da porcentagem 42 de infecção por citometria de fluxo 3.5. Screening de miRNAs expressos em células hospedeiras após interação com H. 43 XXI capsulatum 3.5.1. Seleção de cepas e condições de cultivo 43 3.5.2. Seleção da linhagem celular 43 3.5.3. Cultura de células THP-1 43 3.5.4. Determinação da viabilidade celular após infecção de Mø THP-1 like utilizando o 44 kit Live/Dead® 3.5.5. Ensaio de infecção de H. capsulatum em Mø THP-1 like e determinação da 44 porcentagem de infecção por citometria de fluxo 3.5.6. Obtenção do RNA total, quantificação e avaliação da integridade 45 3.5.7. Síntese de cDNA 45 3.5.8. Quantificação dos miRNAs por PCR-Real Time 45 3.5.9. Análise bioinformática dos miRNAs diferencialmente expressos 46 3.6. Análise metabolômica 47 3.6.1. Determinação de polissacarídeos totais em amostras de culturas planctônicas, 47 biofilmes e sobrenadante dos biofilmes de H. capsulatum 3.6.2. Extração dos metabólitos 48 3.6.3. Análises cromatográficas 48 3.6.4. Análises de cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas (LC- 49 MS/MS) 3.6.5. Análise dos dados de LC-MS/MS 49 4. Resultados e Discussão 50 4.1. Culturas planctônicas e formação dos biofilmes de H. capsulatum 50 4.2. Análise transcriptômica 51 4.2.1. Quantificação e avaliação da pureza e integridade do RNA das amostras 51 4.2.2. Construção das bibliotecas de cDNA 52 4.2.3. Sequenciamento dos transcritos de H. capsulatum em biofilmes e em crescimento 53 planctônico 4.3. Determinação da viabilidade celular e porcentagem de infecção em Mø alveolares 74 (AMJ2-C11) por diferentes cepas de H. capsulatum 4.3.1. Determinação da viabilidade celular após infecção de células AMJ2-C11 utilizando 74 o kit Live/Dead® 4.3.2. Determinação da porcentagem de infecção às células AMJ2-C11 por citometria de 77 fluxo XXII 4.4. Screening de miRNAs expressos em células hospedeiras após interação com H. 78 capsulatum 4.4.1. Determinação da viabilidade celular após infecção de Mø THP-1 like utilizando o 78 kit Live/Dead® 4.4.2. Determinação da porcentagem de infecção em Mø THP-1 like por citometria de 81 fluxo 4.4.3. Quantificação e avaliação da pureza e integridade do RNA das amostras 82 4.4.4. Análise da expressão de miRNAs em células THP-1 após infecção com leveduras 85 de H. capsulatum 4.5. Análise metabolômica 102 4.5.1. Produção de polissacarídeos totais em amostras de culturas planctônicas, biofilmes e sobrenadante dos biofilmes de H. capsulatum 102 4.5.2. Análises cromatográficas 103 4.5.3. Análises de cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas (LC- MS/MS) 105 4.5.3.1. Fracionamento das amostras 105 4.5.3.2. Abundância total de metabólitos dos biofilmes e das culturas planctônicas 106 4.5.3.3. Abundânca de metabólitos com massas moleculares comuns entre biofilmes e culturas planctônicas 107 4.5.3.3.1. Abundância dos metabólitos por range de massas moleculares 107 4.5.3.3.2. Abundância dos metabólitos por intensidade relativa 110 4.5.3.4. Abundânca de metabólitos com massas moleculares exclusivas dos biofilmes e das culturas planctônicas 4.5.3.5. Representação esquemática do perfil metabólico de H. capsulatum em biofilmes e culturas planctônicas 112 114 5. Conclusões 119 6. Referências 120 Capítulo II – Artigos 129 23 Capítulo 1 - Tese 24 1. INTRODUÇÃO Histoplasma capsulatum variedade capsulatum é um patógeno fúngico dimórfico, que quando inalado na fase miceliar afeta primariamente os pulmões e, em geral, indivíduos imunocomprometidos, causando uma importante micose sistêmica denominada histoplasmose (Rodríguez-Cerdeira et al., 2012). As infecções fúngicas invasivas têm aumentado durante as duas últimas décadas na América Latina e no mundo inteiro e, o número de pacientes em risco tem crescido drasticamente (Sifuentes-Osornio, Corzo-León e Ponce-De-León, 2012). Estima-se que aproximadamente 1,2 bilhões de pessoas são acometidas mundialmente por algum tipo de doença fúngica e, este dado se torna ainda mais alarmante considerando o número de pessoas que morrem anualmente por uma doença fúngica, um número que supera as mortes causadas por malária e tuberculose, com uma estimativa de 1,5 a 2 milhões de pessoas (Denning e Bromley, 2015). A histoplasmose é descrita como uma micose amplamente distribuída nas Américas, com uma particular endemia nos vales dos rios Ohio e Mississipi nos Estados Unidos, México, Brasil e algumas regiões das Guianas (Guiana Shield) (Damasceno et al., 2016). Além disso, microfocos são registrados no leste dos Estados Unidos, sul da Europa e sudeste da Ásia. Atualmente, tem sido descrito como um patógeno de ampla dispersão geográfica em vista das oito populações genéticas de H. capsulatum distribuídas mundialmente entre as latitudes 54° Norte e 38° Sul (Kasuga et al., 2003; Anderson et al., 2006, Calanni et al., 2013), de maneira que tais populações foram classificadas em clados, sendo: (i) clado Norte Americano classe 1; (ii) clado Norte Americano classe 2; (iii) clado Latino Americano grupo A; (iv) clado Latino Americano grupo B; (v) clado Australiano; (vi) clado Holandês; (vii) clado Euro-Asiático e; (viii) clado Africano (Kasuga et al., 2003). No Brasil, micoses sistêmicas ocasionadas por H. capsulatum são relativamente comuns, sendo descritas em casos clínicos isolados ou na ocorrência de surtos (Brilhante et al., 2012; Myint et al., 2014). Neste contexto, Oliveira, Unis e Severo (2006) relataram 26 surtos de histoplasmose no Brasil desde 1958, envolvendo 184 pacientes, com o número de casos por surto variando de 2 – 13. No entanto, estes dados não são otimizados uma vez que a histoplasmose pulmonar aguda é pouco diagnosticada e muitas vezes confundida com a tuberculose ou a leishmaniose (Antinori et al., 2014). De fato, surtos de histoplasmose aguda têm sido registrados em diversos Estados brasileiros, entre eles São Paulo, Rio de Janeiro, Espírito Santo, Mato Grosso, Minas Gerais, 25 Goiás, Amazonas e Rio Grande do Sul, nos quais os indivíduos são infectados após exposição aos propágulos fúngicos em ambientes contaminados, envolvendo também pacientes imunocompetentes (Ferreira e Borges, 2009; Faiolla et al., 2013; Passos et al., 2014). Em áreas endêmicas, aproximadamente 10% dos indíviduos imunocompetentes desenvolvem os sintomas da doença (Damasceno et al., 2016). Apesar disso, indivíduos HIV-positivos estão predispostos a infecções fúngicas em função das alterações significativas em sua resposta imune celular (Colombo et al., 2012). Tendo, portanto, uma distribuição mundial, H. capsulatum é encontrado preferencialmente em excrementos de morcegos e aves na sua fase miceliar, a qual se caracteriza como o morfotipo geofílico, sapróbio-infectivo deste fungo, sendo capaz de permanecer no ambiente por períodos prolongados, fator que favorece sua disseminação (Rodríguez-Cerdeira et al., 2012). Sendo assim, a patogenia da histoplasmose inicia-se quando H. capsulatum é adquirido pela inalação de microconídios infectivos ou fragmentos de hifas, que atingem os alvéolos pulmonares, onde ocorre a diferenciação de microconídios em leveduras, que por sua vez são fagocitadas por macrófagos (Mø). As leveduras se multiplicam dentro dos fagolisossomas e, nessa fase, em contraste a função usual dos Mø de eliminar os microrganismos nocivos, estas células propiciam um ambiente favorável e protetor para a sobrevivência e replicação da fase leveduriforme de H. capsulatum, a qual se caracteriza como o morfotipo parasitário-virulento deste fungo (Tagliari et al., 2012). Após a infecção, as manifestações clínicas abrangem desde um quadro assintomático, estado que ocorre com grande parte dos hospedeiros imunocompetentes após baixa exposição ao inóculo, à infecção disseminada e rapidamente fatal em hospedeiros imunocomprometidos. O papel da imunidade celular na defesa contra H. capsulatum é bem estabelecido (Deepe, 2009; Antonello et al., 2011; Kroetz e Deepe, 2012; Deepe e Buesing, 2012). De fato, a forma disseminada da histoplasmose é mais comumente associada à reativação de focos quiescentes em indivíduos imunocomprometidos, em particular em pacientes infectados com o HIV (Marques et al., 2015). Segundo Ferreira e Borges (2009), entre 107 casos de histoplasmose disseminada diagnosticados na enfermaria de Doenças Infecciosas do Hospital de Clínicas da Universidade Federal de Uberlândia, Brasil, apenas um dos casos foi associado a um paciente imunocompetente. Adicionalmente, os fatores de virulência desenvolvidos pelo fungo são essenciais para o sucesso da infecção. Entre eles destacam-se: a) a transição micélio-levedura induzida pela temperatura, a qual se denomina dimorfismo térmico; b) os mecanismos para aquisição de 26 ferro; c) uma pequena proteína secretada que é capaz de se ligar ao Ca2+ em baixas concentrações (Cbp1); d) uma proteína de choque térmico (Hsp60); e) uma proteína extracelular específica da fase leveduriforme (YPS3); f) um polissacarídeo da parede celular, denominado α-(1-3)-glucano; g) a produção de melanina e; h) a formação dos biofilmes de H. capsulatum, que constituem estruturas cruciais no desenvolvimento de infecções, uma vez que microrganismos estruturados em biofilmes exibem altos níveis de resistência aos antimicrobianos em função da baixa perfusão de drogas, favorecendo o desenvolvimento de fenótipos resistentes (Weaver, Sheehan e Keath, 1996; Nosanchuk et al., 2002; Rappleye, Engle e Goldman, 2004; Bohse e Woods, 2007; Pitangui et al., 2012; Sardi et al., 2014). Um biofilme pode ser definido como uma comunidade séssil de microrganismos, individualizado por células aderentes a um substrato, interface ou adesão célula-célula, circundadas por uma matriz extracelular (MEC) de polissacarídeos e que diferem profundamente das células homólogas livres em relação ao crescimento, expressão gênica e tradução de proteínas (Costerton et al., 1995). De fato, nosso grupo tem explorado aspectos únicos e determinantes para a formação dos biofilmes de H. capsulatum in vitro e suas possíveis implicações na infecção às células hospedeiras. Da mesma forma, outros investigadores caracterizaram recentemente a susceptibilidade antifúngica reduzida de biofilmes de H. capsulatum in vitro frente aos agentes antifúngicos itraconazol e anfotericina B, bem como frente à farnesol sozinho e combinado com antifúngicos, indicando os biofilmes como os prováveis implicadores das infecções fúngicas recorrentes (Brilhante et al., 2015). Diante deste contexto, a gravidade destas formações resistentes na patogênese da histoplasmose se torna ainda mais relevante em vista dos relatos recentes que descrevem clinicamente a identificação de infecções por H. capsulatum em indivíduos com dispositivos médicos ou implantes cirúrgicos e ainda, relatos de histoplasmose endovascular em pacientes com implantes vasculares (Carreto-Binaghi et al., 2015). Neste sentido, estudos prévios publicados pelo nosso grupo estabeleceram uma correlação entre o modo de infecção de H. capsulatum e a formação dos biofilmes (Pitangui et al., 2012; Sardi et al., 2014; Pitangui et al., 2016). Diante desta problemática, é reafirmada a emergência da identificação de um novo alvo que possa ser selecionado, a fim de estabelecer um novo regime terapêutico para a histoplasmose. Neste contexto, atualmente as abordagens “Ômicas” constituem ferramentas extremamente promissoras para a investigação de alvos e/ou biomarcadores dos biofilmes microbianos, no que diz respeito à quantificação das mudanças globais na abundância de transcritos de RNA mensageiro (RNAm) (transcriptômica), proteínas (proteômica/secretômica) e outros componentes biomoleculares 27 (metabolômica) em diferentes condições as quais uma célula ou organismo estiver submetido (Ozsolak e Milos, 2011; Muszkieta et al., 2013). Tais ferramentas tiveram início na chamada Era Pós-Genômica e foram desenvolvidas para solucionar as limitações que permeiam a genômica de um organismo em questão. O sequenciamento genômico reflete a informação genética através de técnicas que identificam a sequência de nucleotídeos no genoma do organismo. Assim, é fato que aspectos tais como sequência, número e sintenia dos genes contidos no núcleo de uma célula se mantêm estáticos durante o ciclo celular, no entanto existe um equilíbrio dinâmico entre: a) transcrição gênica, b) tradução proteica e, c) produção de subprodutos metabólicos de acordo com a condição biológica a qual a célula é sujeita, definindo então diferentes transcriptomas, proteomas e metabolomas para a mesma célula ao longo de sua diferenciação celular (De Hoog and Mann, 2004). Dessa forma, as análises transcriptômica, proteômica e metabolômica podem ser empregadas para a obtenção das diferenças entre a assinatura transcricional, traducional e metabólica de um microrganismo em biofilmes e em crescimento planctônico. Este campo de pesquisa tem adquirido novos conceitos e neste contexto Azevedo et al. (2009) sugeriu uma nova tendência, a chamada “biofômica” (biofomics) – uma abordagem “Ômica” para o campo dos biofilmes. O objetivo desta abordagem é reunir em um banco de dados o grande conjunto de dados ômicos gerados a partir dos estudos da habilidade de um microrganismo aderir à superfícies, se comunicar com células vizinhas e formar biofilmes. Tais dados coletados seriam disponíveis à comunidade científica e identificariam uma única assinatura dos biofilmes incluindo informações importantes como, fatores ambientais, fisiológicos e mutacionais que afetam a capacidade de um microrganismo desenvolver biofilmes. Isto poderia então impactar positivamente na Biologia de Sistemas e consequentemente no desenvolvimento de uma nova ferramenta diagnóstica e/ou terapêutica para estas formações resistentes. O transcriptoma total comparativo constitui uma abordagem estratégica para investigar fatores envolvidos na patogênese de H. capsulatum. Esta análise utiliza o sequenciamento do RNA em larga escala caracterizando o transcriptoma, que corresponde ao conjunto completo de regiões transcritas em um genoma de maneira significativamente mais sensível quando comparado às abordagens de hibridização microarray (Wang et al., 2009a). Os dados obtidos utilizando sequenciamento de RNA também têm sido utilizados para identificar novos eventos de splicing e quantificar a expressão de genes a partir de células cultivadas em diferentes condições experimentais (Marioni et al., 2008; Mortazavi et al., 2008; Sultan et al., 2008; Trapnell, Pachter e Salzberg, 2009). 28 Segundo Wang et al. (2009b), plataformas de RNA-Seq são extremamente sensíveis e, neste estudo, caracteriza-se como uma ferramenta útil para categorizar, de forma inédita, os genes que representam a assinatura transcricional de H. caspulatum em suas diferentes formas de crescimento (biofilmes e planctônico), de maneira que serão identificados genes candidatos potenciais que codificam proteínas chave e que podem ser amplamente estudados como putativos alvos terapêuticos e/ou biomarcadores durante a infecção às células hospedeiras. Alguns estudos têm reportado alterações transcricionais nos biofilmes de espécies de bactérias, entre elas Pseudomonas aeruginosa, Desulfovibrio vulgaris e espécies de Sulfolobus (Manos et al., 2008; Koerdt et al., 2011; Clark et al., 2012) e patógenos fúngicos, como Candida albicans (De Cremer et al., 2016). Neste contexto, muitas informações importantes têm sido obtidas a partir da utilização de métodos Ômicos empregados em estudos recentes e tais informações podem ser integradas para o desenvolvimento de uma nova terapia das infecções causadas por biofilmes fúngicos. No âmbito das análises transcriptômicas, uma investigação recente destaca dados relevantes a cerca dos biofilmes de C. albicans. Tal espécie caracteriza-se como a mais prevalente e patogênica entre todas as espécies de Candida relacionadas às infecções sistêmicas (Candida bloodstream infections – CBSI) e, este fato, é decorrente da habilidade do patógeno de formar biofilmes robustos. De acordo com Rajendran et al. (2016), os isolados clínicos de candidemia podem ser estratificados em dois grupos, os quais podem ter: a) alto potencial de formação de biofilmes (high biofilm formers – HBF) e; b) baixo potencial de formação de biofilmes (low biofilm formers – LBF). Assim, há um fenótipo heterogêneo dos biofilmes, o qual, de acordo com a sua classificação, impacta diretamente nos resultados clínicos e na mortalidade. Os autores deste estudo constataram, por análise comparativa de RNA-Seq, que há uma expressão gênica diferencial significativa entre os isolados HBF e LBF de C. albicans. A partir dos resultados transcriptômicos obtidos foi possível destacar uma importância destacada para a via aspartato aminotransferase na formação dos biofilmes, a qual pode ser explorada como um potencial alvo em biofilmes fúngicos. A abordagem metabolômica permite um melhor entendimento acerca dos fenômenos complexos que ocorrem em nível de metabólitos durante os estágios de desenvolvimento de um biofilme, identificando os metabólitos em diferentes vias celulares e os avaliando como alvos terapêuticos potenciais e/ou como marcadores do biofilme na infecção às células hospedeiras. Com esta finalidade, plataformas de cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas (LC-MS/MS) têm sido amplamente empregadas na identificação de biomarcadores (Hou et al., 2014; Li et al., 2014; Zhou et al., 2014). Dessa forma, neste 29 trabalho foi desenvolvida a padronização de uma análise metabolômica não direcionada para detecção de diversos grupos de metabólitos como moléculas de baixa massa molecular não proteicas e pequenos peptídeos, a fim de se obter posteriormente, um perfil metabólico característico de H. capsulatum em suas diferentes formas de crescimento. Tendo em vista o estudo do metabolismo celular, é necessário destacar algumas descrições feitas por Lindon et al. (2006) a partir dos seguintes conceitos: a) o metaboloma de um sistema biológico compreende o conjunto de todos os compostos químicos (intra- e extracelulares) consumidos (substratos) e excretados (metabólitos); b) o perfil metabólico, também denominado metabolômica, é definido como a investigação quantitativa de uma classe ampla de substratos intracelulares e metabólitos e; c) fingerprinting metabólico, também denominado metabonômica, constitui uma investigação qualitativa de metabólitos selecionados necessários para classificar uma amostra. Uma investigação conduzida por Zhu et al. (2013) revelou o perfil metabólico dos biofilmes de C. albicans por uma técnica de cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (GC/MS), a partir da qual foram identificados 31 metabólitos produzidos diferencialmente entre culturas de biofilmes e células planctônicas. Este estudo demonstrou ainda que a trealose é determinante para o desenvolvimento dos biofilmes de C. albicans, uma vez que a ausência deste metabólito resultou na formação anormal e no aumento da sensibilidade dos biofilmes aos agentes antifúngicos anfotericina B e miconazol. Adicionalmente, um estudo desenvolvido por Chen et al. (2014) detectou 16 metabólitos diferencialmente produzidos entre culturas planctônicas e biofilmes de C. albicans, dos quais a maioria foi identificada como aminoácidos ou compostos relacionados, através de um sistema de cromatografia de pareamento iônico-coluna de carbono grafítico poroso acoplada a um sistema de espectrometria de massas do tipo tempo de voo (IP-PGC-TOF/MS). Então, em vista da complexidade e da variabilidade dos biofilmes de fungos patogênicos, a integração de diferentes dados “Ômicos” se faz necessária. A combinação dos métodos “Ômicos” constitui um campo que tem sido explorado por alguns grupos de pesquisa em função da complementariedade entre eles. Esta combinação é o principal desafio da biologia de sistemas em vista da grande quantidade de dados gerado pelos projetos “Ômicos”, os quais, uma vez integrados permitem o mapeamento e a elucidação de informações peculiares, em termos quantitativos, a cerca do comportamento de uma célula, tecido ou organismo em uma determinada condição biológica a qual estiver submetido (Moreira, 2015). Muszkieta et al. (2013) integraram três diferentes métodos “Ômicos”, microarray, RNA-seq e análise proteômica, para comparar as diferentes assinaturas transcriptômica e proteômica dos 30 biofilmes de Aspergillus fumigatus. De acordo com os autores, alguns genes foram, de fato, correspondentes às proteínas diferencialmente reguladas, no entanto, há muitos desafios que permeiam a correlação entre dados de transcriptoma e proteoma. Estes desafios referem-se ao fato de que os dados detectados do transcriptoma codificante (RNAm) não refletem todos os processos regulatórios de uma célula, tais como os processos pós-transcricionais e a regulação pós-traducional, reafirmando a necessidade de integrar as abordagens “Ômicas”. Assim, a comparação e a integração de abordagens “Ômicas” em diferentes níveis tem um potencial promissor para fornecer novas informações, que se reúnem para caracterizar a assinatura dos biofilmes microbianos, no que diz respeito à habilidade de formação, atividade fisiológica e estrutura. De maneira adicional, a identificação dos microRNAs (miRNAs) expressos por uma célula ou organismo em uma determinada condição caracteriza o miRNoma. Assim, a identificação dos miRNAs diferencialmente expressos após interação H. capsulatum-célula hospedeira também constitui uma abordagem de importância cada vez mais reconhecida a ser desenvolvida neste trabalho, em vista da ocorrência generalizada dos miRNAs e suas diversas funções como moléculas regulatórias (Law et al., 2013). De fato, RNAs não-codificantes (ncRNAs) ganharam a atenção de muitos pesquisadores em função de inúmeras investigações que destacam o seu papel em diversos processos biológicos e doenças, incluindo vários tipos de cânceres humanos, doenças cardiovasculares e doenças respiratórias alérgicas, principalmente por regularem a expressão de vários genes (Garofalo, Leva e Croce, 2014; Leung e Natarajan, 2014; Liu et al., 2014; Rebane e Akdis, 2014; Yao-Shu, Xiao-Lin e Yong, 2014). Entre os ncRNAs, destacam-se os miRNAs, pequenas moléculas de RNA que afetam a estabilidade dos RNAm e cujas funções regulatórias são bem estabelecidas (O'connell et al., 2010). Os miRNAs apresentam-se em cadeia simples com 19 a 23 nucleotídeos e, de forma geral, a biogênese dessas pequenas moléculas tem origem no núcleo celular chegando ao citoplasma onde reconhecem os RNAm alvos e reprimem os processos pós-transcricionais ou induzem a clivagem do RNAm (Chitwood e Timmermans, 2007; Costa, Leitão e Enguita, 2012). As proteínas Argonautas, presentes no citoplasma, estão envolvidas no processo de maturação do miRNA, permitindo sua ligação ao RNAm, para que então inicie a inibição dos processos trancricionais dos RNAm-alvo. Essa atividade regulatória que miRNAs apresentam é um processo complexo, uma vez que um único RNAm transcrito pode ser alvo de vários miRNAs, assim como um único miRNA pode regular diversos RNAm-alvo (Costa, Leitão e Enguita, 2012; Turchinovich et al., 2013). 31 De maneira detalhada, a biogênese dos miRNAs inicia-se no núcleo a partir de um locus específico do genoma onde há a formação de um miRNA primário (ou pri-miRNA). Este miRNA é processado pelo complexo DROSHA-DGCR8, o que resulta na formação de um miRNA precursor também chamado pré-miRNA, que por sua vez é transportado para o citoplasma através de poros nucleares pela Exportina 5. No citoplasma, os pré-miRNAs são reconhecidos pela enzima DICER, que é responsável pela clivagem do loop destes precursores, processo que culmina na obtenção de fragmentos de 19 a 23 pares de bases e que permanecem ligados a essa enzima. Este complexo, entre a DICER e o pequeno fragmento, recruta diversas proteínas da família Argonauta, que em conjunto formam o complexo RISC. Finalmente, este complexo agrupado com o miRNA maduro têm como alvo uma sequência complementar do RNAm atuando na regulação negativa da expressão gênica por induzirem a clivagem da cauda poli-A (deadenilação) através da ação de exonucleases ou por inibirem a ação dos ribossomos na tradução (Li e Rana, 2014). Poucas investigações têm demonstrado a expressão anormal de miRNAs em células hospedeiras em resposta às infecções fúngicas. Neste contexto, são descritos os miRNAs com expressão significativamente aumentada ou diminuída em relação aos controles em células epiteliais respiratórias e Mø murinos infectados com C. albicans e, em monócitos humanos e células dendríticas infectadas com A. fumigatus (Monk et al., 2010; Das Gupta et al., 2014; Muhammad et al., 2015; Agustinho et al., 2017). Recentemente, um estudo descreveu ainda o perfil de miRNAs desregulados após a infecção por C. albicans in vivo, em modelo animal alternativo Caenorhabditis elegans e, identificaram 16 miRNAs superexpressos e 4 miRNAs reprimidos nos nematodos em resposta à infecção (Sun et al., 2016). Com base nisso, os resultados obtidos no presente estudo contemplam a identificação de miRNAs desregulados em Mø hospedeiros em resposta à infecção com leveduras de H. capsulatum empregando a tecnologia de RT-qPCR (reverse transcription-quantitative PCR), uma plataforma que determina a abundância relativa de miRNAs nas amostras biológicas selecionadas. Neste contexto, a identificação dos miRNAs anormalmente regulados em uma célula infectada constitui uma abordagem promissora para o desenvolvimento de novas opções terapêuticas e ferramentas diagnósticas. Em vista das alternativas terapêuticas empregando miRNAs, atualmente destaca-se uma tecnologia baseada na administração de um RNA de interferência (RNAi) para regular ou mimetizar a função de um miRNA in vivo. Tal tecnologia fundamenta-se na utilização dos chamados antimiRs ou mimics. Os antimiRs caracterizam-se como oligonucleotídeos anti-sentido de cadeia simples utilizados para inibir a função de um miRNA. Embora o mecanismo de ação exato destas moléculas permaneça 32 desconhecido, esta ferramenta tem demonstrado eficácia in vivo ao atuar em um miRNA e impedir sua atividade de repressão gênica, por meio da complementariedade perfeita entre a sequência do oligonucleotídeo administrado e o miRNA-alvo (Van Rooij et al., 2008). Com este intuito, a indústria farmacêutica Santaris Pharma desenvolveu uma droga experimental para o tratamento da hepatite C, nomeada Miravirsen (anteriormente conhecido como SPC3649), a qual atua como um antagonista de miR-122, um miRNA reconhecidamente importante para a replicação do vírus da hepatite C. Atualmente, a droga encontra-se em fase II de Ensaios Clínicos e, quando administrada por via intravenosa ou subcutânea em chimpanzés tem impedido a função do miR-122 resultando na redução da carga viral (Borgia et al., 2016). Por outro lado, as opções terapêuticas com o emprego de miRNAs também concentram-se no fornecimento sintético de um miRNA mimic. Os mimics são oligonucleotídeos curtos de fita-dupla que são reconhecidos e transportados até o complexo RISC no citoplasma celular, a partir do qual o oligonucleotídeo pode atuar como um miRNA endógeno aumentando o nível do miRNA de interesse e bloqueando potencialmente a expressão do(s) gene(s)-alvo (Van Rooij et al., 2008). Adicionalmente, no âmbito do diagnóstico, miRNAs têm sido propostos como biomarcadores estáveis de várias doenças e neste campo de pesquisa, a nova ferramenta miRview mets (Rosetta Genomics Ltd., Nova Jersey, EUA) representa o que há de mais atual e evoluído. Esta ferramenta caracteriza-se como um teste diagnóstico capaz de identificar o tecido de origem de um tumor metastático por meio da quantificação do nível de expressão de 48 miRNAs reconhecidos como biomarcadores tumorais. Assim, o teste tem a propriedade de designar o sítio primário para uma amostra de câncer com base na expressão de miRNAs do tecido tumoral (Meiri et al., 2012). Então, em linhas gerais, os objetivos propostos e executados neste projeto concentraram- se na busca de um novo alvo (terapia) e/ou candidatos a marcadores moleculares (diagnóstico) da histoplasmose em hospedeiros eucarióticos, a fim de estabelecer com clareza as vias de sinalização alteradas nos sistemas de infecção estudados. Para tanto, as tecnologias “Ômicas”, entre elas, transcriptoma e metaboloma, e um screening de miRNAs foram as abordagens empregadas para investigar a regulação transcricional, metabólica, bem como o perfil de RNAs não codificantes (miRNAs) de células leveduriformes de H. capsulatum estruturadas em biofilmes e os resultados obtidos são fundamentais para a consolidação do estudo da virulência dos biofilmes de H. capsulatum destacando informações científicas inovadoras a respeito do tema na ciência. 119 5. CONCLUSÕES Os dados gerados pelo sequenciamento possibilitaram comparar as diferenças transcricionais dentro da mesma espécie (biofilmes vs. culturas planctônicas) e entre diferentes cepas (EH-315 vs. 60I). Sendo assim, a análise transcriptômica revelou genes-alvo que caracterizam a assinatura transcricional dos biofilmes e da infectividade de uma cepa e, em conclusão, destaca-se ainda que a maioria dos genes é reprimida (≈80% down-regulated) quando as leveduras livres passam a organizarem-se em biofilmes. Conclui-se também que há um padrão de expressão anormal de miRNAs em Mø THP-1 em resposta à infecção com leveduras de H. capsulatum (cepa EH-315 em culturas planctônicas e biofilmes e cepa 60I em culturas planctônicas). Tais miRNAs identificados são responsáveis pelo destino das células infectadas, uma vez que atuam regulando negativamente a expressão de um gene (RNAm) alvo, interferindo em vias que determinam a patogênese da histoplasmose e que envolvem desde os aspectos inerentes à adesão às células hospedeiras, bem como à resposta inflamatória e ainda, à morte celular. Além disso, os resultados obtidos indicam que os genes-alvo EPB41 e NUFIP2 têm sua expressão potencialmente desregulada em células hospedeiras após a infecção com H. capsulatum. Assim, em vista da importância funcional reconhecida dos miRNAs identificados neste estudo, estes ncRNAs podem viabilizar uma estratégia terapêutica no futuro, a fim de reverter 120 a relação miRNA-RNAm à normalidade celular, por meio do fornecimento de um determinado miRNA (mimics) ou através do bloqueio de um miRNA expresso (antagomiRs). Destaca-se ainda que no screening diferencial biofilmes vs. culturas planctônicas todos os miRNAs alterados foram superexpressos na célula infectada, fato que demonstra a atuação de tais miRNAs convergindo para a regulação negativa da expressão gênica em resposta à infecção por biofilmes. Adicionalmente, a análise metabolômica diferencial demonstra que em biofilmes há um aumento substancial de PEI e PI comparado ao crescimento de ambas as cepas (EH-315 e 60I) em culturas planctônicas, constatando a produção de matriz extracelular, bem como maior reserva energética indispensável a estas formações. Subsequentemente, a análise de abundância dos metabólitos detectados por LC-MS/MS revelou três grupos de metabólitos, sendo a) a grande maioria de moléculas com massas moleculares comuns (74%) entre biofilmes e culturas planctônicas, das quais 95% apresentam massa molecular ≤ 800 Da e 57% têm uma intensidade relativa reduzida quando as leveduras passam a estruturarem-se em biofilmes (DOWN); b) 8% das moléculas produzidas exibiram massa exclusiva nos biofilmes, das quais a maioria (55%) apresentou massa molecular ≥ 800 Da e; c) 18% das moléculas produzidas exibiram massa exclusiva nas culturas planctônicas. Portanto, em biofilmes há uma produção significativamente menor de metabólitos exclusivos. Em conclusão, a integração entre as abordagens desenvolvidas revela que a estruturação das leveduras em biofilmes induz uma regulação negativa que impacta nos processos transcricionais direta (genoma codificante – RNAm) e indiretamente (genoma não- codificante – miRNAs) e, nos processos metabólicos, sugerindo uma redução significativa da atividade metabólica evidenciada tanto na biologia do fungo em biofilme (regulação transcricional e metabólica), como na interação in vitro biofilmes-células hospedeiras (perfil de miRNAs). Em conjunto, através das plataformas exploradas foram identificadas (genes e miRNAs) e detectadas (metabólitos) moléculas que constituem uma fonte potencial para delinear: a) um marcador de biofilmes na infecção às células hospedeiras; b) novos protótipos para a terapêutica da histoplasmose e; c) novos biomarcadores como ferramentas diagnósticas para a histoplasmose. 6. REFERÊNCIAS AGUSTINHO, D. P. et al. 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Resultados e Discussão 50 Capítulo II – Artigos 129 Capítulo 1 - Tese 1. INTRODUÇÃO 2. OBJETIVOS 2.2. Objetivos específicos 2.3. Representação Esquemática 3. MATERIAIS E MÉTODOS 3.3. Análise transcriptômica 3.3.2. Quantificação e avaliação da pureza e integridade do RNA das amostras 3.3.3. Construção das bibliotecas de DNA complementar (cDNA) 3.3.4. Clusterização e sequenciamento dos transcritos das cepas EH-315 e 60I de H. capsulatum em biofilmes e em crescimento planctônico 3.3.5. Análise dos dados de sequenciamento 3.3.6. Identificação, categorização funcional e localização de domínios proteicos 3.4. Determinação da viabilidade celular e porcentagem de infecção em Mø alveolares (AMJ2-C11) por diferentes cepas de H. capsulatum 3.4.2. Determinação da viabilidade celular após infecção de células AMJ2-C11 utilizando o kit Live/Dead® 3.4.3. Infecção por H. capsulatum às células AMJ2-C11 e determinação da porcentagem de infecção por citometria de fluxo 3.5. Screening de miRNAs expressos em células hospedeiras após interação com H. capsulatum 3.5.2. Seleção da linhagem celular 3.5.3. Cultura de células THP-1 3.5.4. Determinação da viabilidade celular após infecção de Mø THP-1 like utilizando o kit Live/Dead® 3.5.5. Ensaio de infecção de H. capsulatum em Mø THP-1 like e determinação da porcentagem de infecção por citometria de fluxo 3.5.6. Obtenção do RNA total, quantificação e avaliação da integridade 3.5.7. Síntese de cDNA 3.5.8. Quantificação dos miRNAs por PCR-Real Time 3.5.9. Análise bioinformática dos miRNAs diferencialmente expressos 3.6. Análise metabolômica 3.6.2. Extração dos metabólitos 3.6.3. Análises cromatográficas 3.6.4. Análises de cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas (LC- MS/MS) 3.6.5. Análise dos dados de LC-MS/MS 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.2. Análise transcriptômica 4.2.2. Construção das bibliotecas de cDNA 4.2.3. Sequenciamento dos transcritos de H. capsulatum em biofilmes e em crescimento planctônico 4.3. Determinação da viabilidade celular e porcentagem de infecção em Mø alveolares (AMJ2-C11) por diferentes cepas de H. capsulatum 4.3.2. Determinação da porcentagem de infecção às células AMJ2-C11 por citometria de fluxo 4.4. Screening de miRNAs expressos em células hospedeiras após interação com H. capsulatum 4.4.2. Determinação da porcentagem de infecção em Mø THP-1 like por citometria de fluxo 4.4.3. Quantificação e avaliação da pureza e integridade do RNA das amostras 4.4.4. Análise da expressão de miRNAs em células THP-1 após infecção com leveduras de H. capsulatum 4.5. Análise metabolômica 4.5.2. Análises cromatográficas 4.5.3. Análises de cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas (LC-MS/MS) 4.5.3.2. Abundância total de metabólitos dos biofilmes e das culturas planctônicas 4.5.3.3. Abundância de metabólitos com massas moleculares comuns entre biofilmes e culturas planctônicas 4.5.3.3.2. Abundância dos metabólitos por intensidade relativa 4.5.3.4. Abundância de metabólitos com massas moleculares exclusivas dos biofilmes e das culturas planctônicas 4.5.3.5. Representação esquemática do perfil metabólico de H. capsulatum em biofilmes e culturas planctônicas 5. CONCLUSÕES 6. REFERÊNCIAS Capítulo 2 - Artigos Clinical Microbiology: Open Access Introduction Methods Results Discussion Abstract Tropical Medicine & Surgery Introduction Epidemiology Virulence Factors Relevant for Nosocomial Candidemia Drugs Resistance Prophylaxis in Nosocomial Infection Conclusion GENETIC EVALUATION AND ACTIVITY OF ANTIFUNGAL AGAINST CLINICAL ISOLATES CANDIDA ALBICANS BIOFILMS Nayla De Souza Pitangui Caetano Toshiro Yamashita Ana Marisa Fusco-Almeida Maria José Soares Mendes-Giannini Janaina De Cássia Orlandi Sardi ABSTRACT 1. INTRODUCTION 2. MATERIAL AND METHODS 3. RESULTS 4. DISCUSSION 5. CONCLUSION REFERENCES Luciana Arantes Soares,1 Fernanda Patrícia Gullo,1 Janaina de Cássia Orlandi Sardi,1 Nayla de Souza Pitangui,1 Caroline Barcelos Costa-Orlandi,1 Fernanda Sangalli-Leite,1 Liliana Scorzoni,1 Luis Octávio Regasini,2 Maicon Segalla Petrônio,2 1. Introduction 2. Methods 3. Results 4. Discussion 5. Conclusion Conflict of Interests Acknowledgments References Research Article Ana Carolina Alves de Paula e Silva,1 Caroline Barcelos Costa-Orlandi,1 1. Introduction 2. Materials and Methods 3. Results 4. Discussion Conflict of Interests Acknowledgments References Review Article Laura Elena Carreto-Binaghi,1 Lisandra Serra Damasceno,2 Nayla de Souza Pitangui,3 Ana Marisa Fusco-Almeida,3 Maria José Soares Mendes-Giannini,3 1. Introduction 2. Etiologic Agents of HAI 4. Biofilm Formation 5. Quorum Sensing (QS) 6. H. capsulatum Infection in Drug-Induced Immunocompromised Individuals 7. Fungal Respiratory Infections in the Hospital Environment 8. Molecular Biology as 9. Conclusions Conflict of Interests Authors’ Contribution Acknowledgments References Yeast-Aggregates Generates Nuclear Damage to the Cultured Murine Alveolar Macrophages INTRODUCTION MATERIALS AND METHODS Macrophage Cultures Ethics Statement Infection Rate of H. capsulatum in Alveolar Macrophages Detected by Colony Forming Units (CFU) Indirect Immunofluorescence Comet Assay TUNEL Assay Labeling of the Nuclear Envelope Proteins SUN2, Nesprin2, and Emerin Statistical Analyses RESULTS in AMJ2-C11 Alveolar Macrophage Cell-Line Detected by CFU Flow Cytometry Assay Comet Assay TUNEL Labeling of the Nuclear Envelope Proteins SUN2, Nesprin2, and Emerin DISCUSSION AUTHOR CONTRIBUTIONS ACKNOWLEDGMENTS SUPPLEMENTARY MATERIAL REFERENCES Janaína de Cássia Orlandi Sardi1,3,#, Fernanda Patrícia Gullo1,#, Irlan Almeida Freires3, Nayla de Souza Pitangui1 Maicon Petrônio Segalla2, Ana Marisa Fusco-Almeida1, Pedro Luiz Rosalen3, Luís Octávio Regasini2,4, Maria José Soares Mendes-Giannini1,* 1 We tested the antifungal potential of caffeic acid and eight of its derivative esters against C. albicans ATCC 90028 and nine clinical isolates, and carried out a synergism assay with fluconazole and nystatin. Propyl caffeate (C3) showed the best anti... intrinsic resistance mechanisms (Ying et al., 2013; Fernandez-Ruiz et al., 2015; Liao et al., 2015; Seifi et al., 2015; Freitas et al., 2015). Therefore, the development of novel strategies to minimize the toxic effects of current antifungals and impr... filtrate was serially washed with saturated aqueous citric acid solution (three times), saturated aqueous NaHCO3 (three-times), water (two-times), dried over MgSO4, and evaporated under reduced pressure. The crude products were purified over a silica ... (0.5 < FICI ≤ 1.0), indifferent (1.0 < FICI < 4.0) and antagonistic (FICI ≥ 4.0) (Soares et al., 2014). 5 1. Caffeic acid and all of its synthesized derivatives showed a fungicidal activity against C. albicans ATCC 90028 and presented a structure-activity relationship. As seen in Table 2, the caffeic acid molecule (C0) without structural change and the de... µg/mL and 400 µg/L, respectively. When combined, both C3 and the antifungals had their SI value increased, indicating selectivity for yeasts rather than NOK cells (Table 5). 90028. This could be due to acquisition of resistance mechanisms as the isolates belonged to diabetic patients. A recent study showed that this group of patients is prone to develop Candida infections in cases of poor glycemic control (Zomorodian et ... studies should focus on the effects of these combinations against Candida biofilms and establish C3 mechanism(s) of action. Denning DW, Gugnani HC (2015) Burden of serious fungal infections in Trinidad and Tobago. Mycoses. 58: 80-84. Gullo FP, Sardi JC, Santos VA, Sangalli-Leite F, Pitangui NS, Rossi SA, de Paula E Silva AC, Soares LA, Silva JF, Oliveira HC, Furlan M, Silva DH, Bolzani VS, Mendes-Giannini MJ, Fusco-Almeida AM (2012) Antifungal activity of maytenin and pristimerin.... Newman DJ, Cragg GM (2016) Natural Products as Sources of New Drugs over the 30 Years from 1981 to 20140. 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MIC values are expressed in µg/mL. 19 Table 5. IC50 value and Selective Index (SI) of propyl caffeate (C3), fluconazole (FCZ) and nystatin (NYST) showing the toxicity of the compounds against yeasts in relationship to human oral keratinocytes (NOK cells). 21