Cryptococcus neoformans y fósforo.

img1El fósforo en forma de fosfato (PO43-, Pi) es esencial para el crecimiento y la función celular. Los microorganismos, incluidos los hongos, están expuestos a concentraciones fluctuantes de fosfato extracelular, dependiendo de su nicho ambiental. Con el fin de mantener una concentración estable de fosfato intracelular, han desarrollado mecanismos estrechamente regulados para detectar, absorber, almacenar y utilizar el fosfato. En los hongos, este proceso depende de la vía de detección y adquisición de fosfato (PHO). El núcleo de la cascada de señalización de la vía PHO consiste en la quinasa dependiente del complejo de ciclina (CDK), el inhibidor de la CDK y un(os) regulador(es) transcripcional(es). Cuando el fosfato intracelular es bajo, se produce la activación de la vía y desencadena la expresión de genes efectores que codifican las proteínas implicadas en la adquisición de fosfato de fuentes externas y las enzimas implicadas en el reciclaje de fosfato de fuentes internas.

El patógeno micótico oportunista Cryptococcus neoformans causa meningitis potencialmente mortal, principalmente en individuos inmunocomprometidos, y es una de las principales causas de morbilidad y mortalidad en todo el mundo. C. neoformans infecta inicialmente los pulmones, desde los cuales se transporta al cerebro a través del sistema circulatorio, causando meningoencefalitis. En cada sitio de infección, C. neoformans debe adquirir suficiente fosfato para mantener su crecimiento y tolerar el estrés derivado del huésped. La vía PHO en C. neoformans es esencial para su virulencia en un modelo múrido, y la función de la vía PHO se ha expandido para facilitar la adquisición de nutrientes distintos al fosfato.

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Sophie Lev (Centre for Infectious Diseases and Microbiology, Fungal Pathogenesis Group, Westmead Institute for Medical Research, Westmead, New South Wales, Australia), como primer firmante, y seis autores más de centros astralianos de Melbourne, Westmead y Sydney, supervisados por Julianne Teresa Djordjevic, como invesigadora principal, han publicado en Plos One un artículo acerca de la identificación de una sintetasa de lípidos de betaina regulada por la vía PHO en el patógeno C. neoformans, que participa en el reciclaje de fosfatos.

img3 La vía de detección y adquisición de fosfato (PHO) de Cryptococcus neoformans es esencial para el crecimiento en condiciones que limitan el fosfato y para la diseminación de la infección en un modelo experimental de ratón. Su factor clave de transcripción, Pho4, regula la expresión de los genes que controlan la adquisición de fosfato tanto de fuentes externas como celulares.

Uno de estos genes, el BTA1, está altamente regulado durante la inanición por fosfato. Dado que una proporción significativa de fosfato celular se incorpora a los fosfolípidos, y que el gen BTA1 dependiente de Pho4 codifica una enzima prevista para catalizar la producción de un lípido, betaína, libre de fósforo, los autores investigaron si los fosfolípidos proporcionan un reservorio accesible de fosfato durante la deficiencia de fosfato.

img4 Comparando los perfiles de lípidos de WT tipo silvestre), de C. neoformans privado de fosfato, PHO4 (pho4Δ) y BTA1 (bta1Δ), utilizando cromatografía de capa fina y espectrometría de masas por cromatografía líquida, los investigadores demostraron que la fosfatidilcolina (PC) es sustituida por los lípidos de betaina libres de fósforo diacilgliceril-N,N,N-trimetilhomoserina (DGTS) e hidroximetil-N,N,N,N-trimetil-beta-alanina (DGTA) de manera dependiente de Pho4 y Bta1, y que BTA1 codifica una sintasa DGTS funcional.

La síntesis de la DGTA está estrechamente correlacionada con la de la DGTS, en consonancia con el hecho de que la DGTS es el precursor de la DGTA. Similar a pho4Δ, bta1Δ creció más lentamente que WT en medio de cultivo celular (RPMI) y fue hipovirulento en un modelo murido de criptococosis. En contraste con pho4Δ, bta1Δ toleró el pH alcalino y se diseminó al cerebro. Los resultados demuestran que la sustitución dependiente de Bta1 de PC por lípidos de betaina está fuertemente regulada en C. neoformans por la vía PHO, para conservar el fosfato y preservar la integridad y función de la membrana. Esta estrategia de remodelación de fosfolípidos también puede contribuir a la virulencia del criptococo durante la infección del huésped.

img2 Los autores concluyen que han identificado una sintetasa de lípidos de betaina regulada por la vía PHO en un patógeno fúngico de importancia médica, que participa en el reciclaje de fosfatos de PC y está ausente en el modelo de levadura S. cerevisiae. Bta1 permite la sustitución de PC con DGTS como mecanismo a prueba de fallos para mantener la integridad de la membrana y los niveles de fosfato intracelular y contribuye a la virulencia criptocócica en un modelo animal.

Es la primera vez que esta estrategia de conservación del fosfato por medio de la activación de un gen, ha sido descrita en un patógeno fúngico humano. El descubrimiento abre las puertas a una posible vía de tratamiento.

 

Lev S, et al. The PHO signaling pathway directs lipid remodeling in Cryptococcus neoformans via DGTS synthase to recycle phosphate during phosphate deficiency. PLoS ONE 2019; 14(2): e0212651. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0212651