biosÍntesis de pared fÚngica dimorfismo · centro de referencia de micologÍa fac. cs....
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DRA. CECILIA L. FULGUEIRADRA. CECILIA L. FULGUEIRA
20132013
DIMORFISMODIMORFISMO
CENTRO DE REFERENCIACENTRO DE REFERENCIADE MICOLOGÍADE MICOLOGÍA
FAC. CS. BIOQUÍMICAS FAC. CS. BIOQUÍMICAS Y FARMACÉUTICAS Y FARMACÉUTICAS
UNRUNR
BIOSÍNTESIS DE PARED FÚNGICA
SÍNTESIS INTRACELULAR
POLIMERIZACIÓN EXTRACELULAR
JUNTAS= LUGAR Y TIEMPOCANT. EXACTAS
REGULACIÓN ���� PRECISA
SÍNTESIS DE PARED SÍNTESIS DE PARED PROCESO POLARIZADOPROCESO 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
�� Morfotipo Morfotipo HifalHifalcrecimiento continuocrecimiento continuo
extremo del tubo extremo del tubo �������� abundantes naturalezaabundantes naturaleza
�� MorfotipoMorfotipo LevaduriformeLevaduriforme: : elongación o broteelongación o brote
< cantidad < cantidad �������� importancia económicaimportancia económica
DIMÓRFICOSDIMÓRFICOS
�� Hongos no limitados a un Hongos no limitados a un morfotipomorfotipo específicoespecífico
DIMÓRFICOSDIMÓRFICOS
Hongos que presentan Hongos que presentan al menos al menos dos dos morfotiposmorfotipos predominantespredominantes
DIMORFISMO/MORFOGÉNESISDIMORFISMO/MORFOGÉNESIS
InterconversiónInterconversión reversible entre ≠ reversible entre ≠ morfotiposmorfotipos
MORFOGÉNESISMORFOGÉNESIS
Respuesta Respuesta evolutivaevolutiva
��������
≠ ambientes ≠ ambientes ≠ hospederos≠ hospederos
En células en En células en crecimiento y crecimiento y
divisióndivisión
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
�� tamaño tamaño inóculoinóculo oodensidad celular inicialdensidad celular inicial
Disparadores de transiciónDisparadores de transición
INFECCIÓN FÚNGICA Y INFECCIÓN FÚNGICA Y ENFERMEDADENFERMEDAD
MORFOTIPO PARTICULARMORFOTIPO PARTICULAR
HONGOS QUE PRODUCEN ENFERMEDADHONGOS QUE PRODUCEN ENFERMEDAD
�� Hongos filamentosos Hongos filamentosos monomórficosmonomórficos: : AspergillusAspergillusfumigatusfumigatusplantas, animales, hombreplantas, animales, hombre
ConidiosConidiosambienteambiente
��������Inhalación, Inhalación, depósito depósito superficialsuperficial
Micelio invasivoMicelio invasivo��������
�� Levaduras Levaduras monomórficasmonomórficas: : CandidaCandidaglabrataglabrata
Comensal Comensal piel y piel y
mucosasmucosas��������
Infección Infección superficial o superficial o sistémicasistémica
Candida albicans
Candida albicans
�� Hongos Hongos dimórficosdimórficos
> % > % BiomasaBiomasa
MorfotipoMorfotipo no patogénicono patogénico Hombre, animales, plantasHombre, animales, plantas
MorfotipoMorfotipo patogénicopatogénico
EsencialEsencial para producir enfermedadpara producir enfermedad
Coccidioides inmitis
Coccidioides inmitis
HONGOS QUE PRODUCEN ENFERMEDADHONGOS QUE PRODUCEN ENFERMEDAD
LEVADURASLEVADURAS
Saprófito ambiental(suelo)
HIFASHIFASConidios Conidios
HONGOS DIMÓRFICOSHONGOS DIMÓRFICOS
MORFOTIPO MORFOTIPO PATOGÉNICOPATOGÉNICO
Adaptado al hospederoAdaptado al hospederoINVASIVOINVASIVO
MORFOTIPO MORFOTIPO NO PATOGÉNICONO PATOGÉNICO
INFECCIOSOINFECCIOSO
HIFASHIFASPSEUDOHIFASPSEUDOHIFAS
Comensalpiel y mucosas(flora normal)
LEVADURASLEVADURAS
CandidaCandida albicansalbicans
CandidaCandida dubliniensisdubliniensis
MalasseziaMalassezia furfurfurfur
EJEMPLOS EJEMPLOS HOMBREHOMBRE
Ascomycetes
Filogenét. relacionados
HistoplasmaHistoplasma capsulatumcapsulatum
BlastomycesBlastomyces dermatitidesdermatitides
ParacoccidiodesParacoccidiodes brasiliensisbrasiliensis
CoccidioidesCoccidioides inmitisinmitis//posadasiiposadasii
SporothrixSporothrix schenkiischenkii
PenicilliumPenicillium marnefeiimarnefeii
Millones Millones de infecciones/añode infecciones/añoLatentes o Latentes o reactivas reactivas ((inmunodeficientesinmunodeficientes))
Muestras clínicas Muestras clínicas ambos ambos morfotiposmorfotipos
Áreas endémicasÁreas endémicas
Forma ambientalForma ambiental
Filamentos con macroFilamentos con macroy y microconidiosmicroconidios
Histoplasma capsulatumHistoplasma capsulatum Forma asociada al hospederoForma asociada al hospedero
pulmón
linfa
sangre
Levadura intracelular facultativaLevadura intracelular facultativa
Microconidios
DISPARADORES DE LA DISPARADORES DE LA TRANSICIÓNTRANSICIÓN
25 25 °°CC
37 37 °°CC
Medio de cultivoMedio de cultivo
In vivoIn vivo
DIMORFISMO TERMALDIMORFISMO TERMAL
H.capsulatumH.capsulatuma cualquier Ta cualquier T°° FilamentosFilamentos
Oxidantes Oxidantes --SHSHReductores Reductores --SHSH
LevadurasLevaduras
represión represión sulfito sulfito reductasareductasa
auxótrofoauxótrofo CysCys CysCys LevaduraLevadura
3737°°C C 37 37 °°CC
DIMORFISMO NUTRICIONAL ?? DIMORFISMO NUTRICIONAL ?? O TERMO NUTRICIONAL ??O TERMO NUTRICIONAL ??
+ rápida+ rápida
????
Candida Candida
albicansalbicans
LevaduraLevadura
PIEL Y MUCOSASPIEL Y MUCOSAS
LevaduraLevadura
Vasos sanguíneosVasos sanguíneos
Penetración Penetración hifalhifal e invasióne invasión
Diseminación Diseminación vascularvascular
Colonización Colonización endotelial y endotelial y penetraciónpenetración
HifaHifa
∆ mecanismos defensa ∆ mecanismos defensa del Hospederodel Hospedero
�� Locales Locales (lesiones, (lesiones, ∆ flora x ATB, ∆ flora x ATB,
ciclo)ciclo)
�� Global Global
(inmunosupresión, VIH, (inmunosupresión, VIH, transplantestransplantes, , insuficinsufic. renal, . renal, internaciones hospitalarias internaciones hospitalarias
prolongadas)prolongadas)
Adhesión y Adhesión y colonizacióncolonización
DISPARADORES DE LA TRANSICIÓNDISPARADORES DE LA TRANSICIÓN
Condiciones Condiciones ~~ piel y mucosaspiel y mucosasT < 37T < 37°°C, pH HC, pH H++
LevaduraLevadura PseudohifaPseudohifa/ Hifa/ Hifa
Condiciones Condiciones ~ ~ órganos profundosórganos profundos3737°°C, pH neutro, sueroC, pH neutro, suero
Hifas necesarias paraHifas necesarias para�� invadir fagocitosinvadir fagocitos�� salir de vasos sanguíneossalir de vasos sanguíneos�� colonizar dispositivos médicos: BIOFILMScolonizar dispositivos médicos: BIOFILMS
LL ↔↔ HH incompletaincompleta y y complejacompleja
Levaduras + móvilesLevaduras + móvilesDiseminaciónDiseminación
x sangre y x sangre y fluídosfluídos a órganos a órganos profundosprofundos
�� MutantesMutantes C.albicansC.albicans LL �������� H H �������� << virulencia<< virulencia modelos infección animalmodelos infección animal
MORFOGÉNESISMORFOGÉNESIS CONTRIBUYECONTRIBUYE A VIRULENCIAA VIRULENCIA
Efecto durante tiempo limitadoEfecto durante tiempo limitado
En cultivos líquidos fase En cultivos líquidos fase inicialinicial y en y en fase fase estacionariaestacionaria �������� células vuelven a células vuelven a
ser ser sensibles sensibles alal farnesolfarnesol
DISPARADORES DE LA TRANSICIÓNDISPARADORES DE LA TRANSICIÓN
�� Densidad ≥ 10Densidad ≥ 1066 células/mlcélulas/mlLevaduras Levaduras brotantesbrotantes
�� Densidad < 10Densidad < 1066 células/mlcélulas/mlTubo germinativo Tubo germinativo �������� HifaHifa
Densidad del Densidad del inóculoinóculo ((in vitroin vitro)) C.albicansC.albicans Suero Suero -- 3737°°CCLL--prolinaprolina / N/ N--AcAc--GlcGlc
L L �������� HH
Fenómeno de Fenómeno de QuorumQuorum sensingsensing
QSMsQSMs mediadores mediadores extracelulares producidos x Lextracelulares producidos x L
FarnesolFarnesol (C(C1515HH2626O)O)
Densidad del inóculo y Morfogénesis en Densidad del inóculo y Morfogénesis 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 inmume Hospedero y ATF
FarnesolFarnesol�������� morfología morfología biofilmbiofilm
Hasta 3 hs. y Hasta 3 hs. y después de 24 hs.después de 24 hs.
Liberación Liberación LL
��������
Nuevos Nuevos biofilmsbiofilms
BiofilmsBiofilms sobre matrices / dispositivos médicos (catéteres , prótesis)sobre matrices / dispositivos médicos (catéteres , prótesis)
�������� �������� infección infección x x C.albicansC.albicans
MORFOTIPOS Y DIVISIÓN CELULARMORFOTIPOS Y DIVISIÓN CELULAR
MORFOGÉNESISMORFOGÉNESIS EN CÉLULAS EN CRECIMIENTO Y DIVISIÓNEN CÉLULAS EN CRECIMIENTO Y DIVISIÓN
LEVADURAS
Núcleo
PolarisomaBanda septina
Crecimiento polarizado Crecimiento polarizado crecimiento isotrópicocrecimiento isotrópicoPolarisomaPolarisoma
Complejo proteínas Complejo proteínas �������� dirección dirección
HIFASSeptoSpitzenkorper
Crecimiento apical polarizado permanentementeCrecimiento apical polarizado permanentemente
Estruct. membranosa Estruct. membranosa del extremo hifaldel extremo hifalPolarisoma Polarisoma + + SpitzenkorperSpitzenkorper
��������
Polarisoma
Casi sin crecimiento isotrópicoCasi sin crecimiento isotrópicoTendencia de sus células a Tendencia de sus células a
permanecer unidaspermanecer unidas
Patrón crecimiento celular Patrón crecimiento celular ≠ ≠ + cercano a L+ cercano a L
Crecimiento polarizadoCrecimiento polarizadoPolarisomaPolarisoma
PSEUDOHIFAS Polarisoma
MORFOTIPOS Y DIVISIÓN CELULARMORFOTIPOS Y DIVISIÓN CELULAR
DISPARADORES DE LA TRANSICIÓN DISPARADORES DE LA TRANSICIÓN LevaduraLevadura↔↔ PseudohifaPseudohifa
�� Medios ricos en fosfatos o alcanos Medios ricos en fosfatos o alcanos �� ≠ regulación ciclo división celular≠ regulación ciclo división celular
�������� Tiempo Tiempo Crecimiento polarizado Crecimiento polarizado / isotrópico/ isotrópico
MORFOTIPOS Y DIVISIÓN CELULARMORFOTIPOS Y DIVISIÓN CELULAR
Clamidoconidio
Célula suspensora
CLAMIDOCONIDIOS Septo
PolarisomaPolarisoma y y SpitzenkorperSpitzenkorper
�� ≠ Crecimiento celular ≠ Crecimiento celular �������� ≠ rol fisiológico??≠ rol fisiológico??
�� Células de latencia??Células de latencia?? �� �������� Viabilidad ??Viabilidad ??
DISPARADORES DE LA TRANSICIÓNDISPARADORES DE LA TRANSICIÓNLevaduraLevadura↔↔ ClamidoconidioClamidoconidio
�� ��������OO22, , �������� luz, luz, �������� TTa.a., , �������� nutrientesnutrientes
�� Medios con arroz, leche, harina de maíz + Medios con arroz, leche, harina de maíz + TweenTween 8080
�������� células células suspensorassuspensoras y y clamidoconidiosclamidoconidios
PROLONGACIÓN DE CRUZAMIENTOProlongación
Célula opaca
Cruzamiento sexualCruzamiento sexual
Hormonas fúngicasHormonas fúngicasCélulas de polaridad Células de polaridad
opuestaopuesta
~~ zigosforoszigosforos
MORFOTIPOS Y DIVISIÓN CELULARMORFOTIPOS Y DIVISIÓN CELULAR
TRANSICIÓN TRANSICIÓN ??? ??? Células BlancasCélulas Blancas ↔↔ Células OpacasCélulas Opacas
Células Células ovoidesovoides, brotantes, brotantesColonias Colonias cremacrema
Células Células elongadaselongadas, pared irregular, pared irregularColonias planas Colonias planas grisesgrises
< viabilidad< viabilidad
??? ???
MORFOGÉNESISMORFOGÉNESIS
��������CambiosCambios metabólicos y bioquímicos en la célulametabólicos y bioquímicos en la célula
Expresión diferencial de genesExpresión diferencial de genes
��Componentes estructuralesComponentes estructurales
�� Reguladores del ciclo celularReguladores del ciclo celular
�� ∆ composición membrana ∆ composición membrana plasmática y pared celularplasmática y pared celular
�� ∆ Ag∆ Ag
�� ∆ rasgos de virulencia∆ rasgos de virulencia
EXPRESIÓN GENÉTICA ESPECÍFICA DEL MORFOTIPO PATOGÉNICOEXPRESIÓN GENÉTICA ESPECÍFICA DEL MORFOTIPO PATOGÉNICO
Genes con Genes con expresiónexpresión >>>>>> en en HifasHifas que en Levadurasque en LevadurasC. C. albicansalbicans
�� ECE1 ECE1 �������� extensión de elongación celularextensión de elongación celular
�� HWP1 HWP1 �������� proteína de pared celular que se U covalentemente proteína de pared celular que se U covalentemente a células Hospederoa células Hospedero
�� ALS3 ALS3 �������� proteína de adhesión superficialproteína de adhesión superficial
EXPRESIÓN GENÉTICA ESPECÍFICA DEL MORFOTIPO PATOGÉNICOEXPRESIÓN GENÉTICA ESPECÍFICA DEL MORFOTIPO PATOGÉNICO
+ 500 genes con + 500 genes con expresión expresión �������� ≠≠ en las 2 fasesen las 2 fasesH. capsulatumH. capsulatum
MICELIOMICELIO LEVADURALEVADURA
InmunoInmunoestimulantes estimulantes fagocitos fagocitos HospederoHospedero
ββ--(1,3) (1,3) glucanosglucanosReceptores dectinaReceptores dectina--11
Fagocitos Fagocitos ��������ClearenceClearence
αα--(1,3) (1,3) glucanosglucanosvirulenciavirulencia
�������� Respuesta Respuesta HospederoHospedero
¿Cómo detecta el hongo las ∆ ambientales y regula ¿Cómo detecta el hongo las ∆ ambientales y regula
la transición de fase?la transición de fase?
Red de vías de transducción de señales Red de vías de transducción de señales
coordinada por reguladores de transcripcióncoordinada por reguladores de transcripción
Vías de Vías de transducción de transducción de
señalesseñales
Molécula señal extracelularProteína receptora
Proteínas de andamiaje
Complejos de señalización
CITOSOLTRANSDUCCIÓN
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
∆ ∆ síntesissíntesis proteínasproteínasLenta (minLenta (min--horas)horas)
∆ comportamiento ∆ comportamiento celularcelular
∆∆ función función proteínasproteínasRápida (segRápida (seg--min)min)
∆ maquinaria ∆ maquinaria citoplasmáticacitoplasmática
Activación de proteínas de señalizaciónActivación de proteínas de señalización
�� Por U de pequeños mediadores intracelulares: Por U de pequeños mediadores intracelulares: AMPcAMPc, Ca, Ca2+2+
�� Por Por modificaciones covalentesmodificaciones covalentes
�� Por U a otras Por U a otras moléculas de señalizaciónmoléculas de señalización
�� Por ganancias de Por ganancias de grupos fosfato grupos fosfato (P)(P)
Señalización x Señalización x fosforilaciónfosforilaciónProteínProteín quinasasquinasas
Protein quinasa
Protein fosfatasa
Cascadas de Cascadas de fosforilaciónfosforilación
Ser/Thr, Tyr quinasas, Ser/Thr, Tyr quinasas, mixtasmixtas
amplificaciónamplificación
pH alcalino pH alcalino --neutroneutro
Rim101Rim101Cdc42Cdc42
LL--Pro Pro -- NN--Ac Ac GlcGlcSuero Suero –– MatrizMatriz
3737°°CC
AMPcAMPc
Proteín quinasaProteín quinasaPKAPKA
Tec1Tec1 Efg1Efg1
RASRAS
polarisomapolarisomaSpitzenkorperSpitzenkorper??
Regulación de la Morfogénesis en Regulación de la Morfogénesis en C.albicansC.albicans ACTIVACIÓNACTIVACIÓN
�������� NutrientesNutrientesMatingMating
CascadaCascadaMAP quinasaMAP quinasa
Cph1Cph1
Hst7Hst7
++
Genes específicos Genes específicos HifaHifa PsHPsHHHLL
Genes específicos Genes específicos HifaHifa
LL HH PsHPsH--
Represores Represores de de
transcripcióntranscripción Tup1Tup1
Nrg1Nrg1
Tup1Tup1
Rfg1Rfg1 Rbf1Rbf1
Regulación de la Morfogénesis en Regulación de la Morfogénesis en C.albicansC.albicans REPRESIÓNREPRESIÓN
�� Regulación (Regulación (--) )
L L �������� HH
L L �������� PsPs HH
↓ ↓ Tup1, Nrg1 y Rfg1Tup1, Nrg1 y Rfg1
L L �������� PsPs HH
Efg1Efg1fosfatos fosfatos // alcanos alcanos ↑↑
Regulación de la Morfogénesis en Regulación de la Morfogénesis en C.albicansC.albicans REPRESIÓNREPRESIÓN
Nrg1Nrg1Permite Permite ≠≠
�� C.albicansC.albicans
�������� C.dubliniensisC.dubliniensis
LL �������� ClamidoconidiosClamidoconidios
C.albicansC.albicans
C.dubliniensisC.dubliniensisAgarAgar Semillas Girasol Semillas Girasol // StaibStaib AgarAgar
L L �������� ClamidoconidiosClamidoconidios
C.albicansC.albicans y y C.dubliniensisC.dubliniensis
Genomas Genomas ~~
Efg1Efg1↑↑MAP quinasa MAP quinasa ++
AgarAgar leche /leche /AgarAgar Harina MaízHarina Maíz
Células blancasCélulas blancas “o”“o” Células opacasCélulas opacas
Candida Candida albicansalbicans
Células blancasCélulas blancas
HeterocigotasHeterocigotasMTLMTL
Células opacasCélulas opacas
HomocigotasHomocigotasMTLMTL
Expresión ≠ de Expresión ≠ de genesgenes
Efg1Efg1
Tup1Tup1
�������� expresadoexpresado
ReprimidoReprimido
++ condiccondic. . ambamb..
PSEUDOHIFASPSEUDOHIFAS
�������� Expresado Expresado ��������MAP quinasaMAP quinasa
ReprimidoReprimido
++ condic.amb.condic.amb.
++ hormonashormonas
++ célcél. . Polaridad Polaridad opuestaopuesta
PROYECCIÓN DE PROYECCIÓN DE MATINGMATING
Hongos DMFHongos DMF
MatingMating sólosólo
x 1 x 1 morfotipomorfotipo