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Tipo do documento: Dissertação
Título: Efeito do heme no metabolismo de glicose das formas epimastigotas de Trypanosoma cruzi: uma abordagem bioquímica e metabolômica
Título(s) alternativo(s): Effect of heme on glucose metabolism in Trypanosoma cruzi epimastigote: a biochemical and metabolomic approaches
Autor: Vieira, Carolina Silva Dias 
Primeiro orientador: Paes, Marcia Cristina
Primeiro membro da banca: Coelho, Marsen Garcia Pinto
Segundo membro da banca: Teixeira, Ana Maria Rossini
Terceiro membro da banca: Oliveira, Marcus Fernandes de
Resumo: O heme é uma molécula que está presente em altas quantidades no intestino do inseto vetor e influencia o metabolismo das formas epimastigotas de Trypanosoma cruzi. Essa porfirina induz a proliferação, estimula mudanças fisiológicas e também promove mudanças a nível transcricional, elevando a expressão de genes relacionados com a glicólise e a fermentação em detrimento da não modulação da expressão de genes relacionados ao metabolismo energético mitocondrial. Portanto, neste estudo investigamos o efeito do heme no metabolismo de glicose das formas epimastigotas de T. cruzi utilizando abordagens bioquímica e metabolômica. Nossos resultados demonstraram que a inibição da glicólise, mediada pela 2-desoxiglicose, prejudicou em mais de 50% a proliferação das formas epimastigotas mantidas com heme, abolindo o aumento do crescimento induzido pela porfirina. Quando avaliamos a concentração de glicose no meio de cultura, vimos que a glicose foi consumida pelos parasitos durante o tempo de cultivo e depletada desse meio no 7º dia, causando uma retenção na proliferação desses parasitos cultivados com heme. Por outro lado, o aumento da oferta dessa hexose aumentou a proliferação induzida pela porfirina no 10º dia, tempo em que a glicose ainda estava disponível no meio nesse caso. De modo interessante, observamos que a porfirina foi capaz de estimular o aumento da captação de glicose pelos parasitos em todos tempos avaliados, sendo essa captação dependente da oferta de glicose. Concomitantemente, foi observada uma redução do pH do sobrenadante após esses dias em cultura. Ao avaliarmos a fisiologia mitocondrial, demonstramos que os parasitos mantidos com heme por sete dias possuem consumo de O2 semelhante aos parasitos controle, porém com um aumento na capacidade máxima do sistema de transporte de elétrons (STE) na ausência de substratos exógenos. No entanto, a adição de glicose promoveu uma redução imediata no consumo de O2 mitocondrial, na STE e na capacidade de reserva respiratória nesses parasitos cultivados com heme. Essa repressão do metabolismo respiratório pela glicose indica uma transição para um metabolismo fermentativo (efeito Crabtree). Corroborando esses dados, observamos através da metabolômica que os níveis intracelulares de fosfoenolpiruvato (PEP) foram aumentados, mas não os níveis de piruvato, indicando que o PEP pode estar sendo desviado para a fermentação aeróbica no glicossoma. Embora não tenha sido observada alteração nos níveis de succinato, produto final da fermentação succínica, as análises transcriptômicas nos permitiram entender que os intermediários dessa via podem alimentar outras reações no parasito. Observamos também o aumento da captação de aminoácidos envolvidos com o sistema antioxidante e com regeneração de NAD+, que foi aumentado nos parasitos. Os resultados em conjunto com as análises transcriptômicas publicadas anteriormente sugerem que o heme induziu adaptações metabólicas nas formas epimastigotas para um metabolismo energético baseado na glicólise e fermentação permitindo a proliferação e a sua sobrevivência.
Abstract: Heme is a molecule present in high amounts in the insect vector’s intestine and influences the metabolism of Trypanosoma cruzi epimastigotes. This porphyrin induces proliferation, stimulates physiological changes and also promotes changes at the transcriptional level, increasing the expression of genes related to glycolysis and fermentation in detriment of non-modulation of gene expression related to mitochondrial energy metabolism. Thus, in this study we investigated the effect of heme on the glucose metabolism of T. cruzi epimastigote using biochemical and metabolomic approaches. Our results showed that inhibition of the glycolysis, mediated by 2-deoxyglucose, impaired more than 50% of proliferation of epimastigotes maintained with heme, abolishing the increase in proliferation induced by the porphyrin. When we evaluate the glucose concentration in the culture medium, we observed that glucose was consumed by the parasites during the culture and depleted of the medium on the 7th day, causing a retention in parasite proliferation cultivated with heme. On the other hand, the rise in this hexose supply increased the proliferation induced by porphyrin on the 10th day of culture, which glucose was still available in the culture medium in this case. Interestingly, we showed that the porphyrin was capable of stimulate the increase in glucose uptake by the parasites over the days of culture, being this uptake dependent on glucose supply. Concomitantly, was observed the reduction of supernatant pH after days in culture. When assessing mitochondrial physiology, we showed that parasites cultured with heme for seven days have similar O2 consumption compared to control parasites, but with an increase in the maximum capacity of the electron transport system (STE) in the absence of exogenous substrates. However, the addition of glucose triggered an immediate reduction in the mitochondrial O2 consumption, in the ETS, and in the spare respiratory capacity in these heme-cultured parasites This repression of respiratory metabolism by glucose indicates a transition to a fermentative metabolism (Crabtree effect). Corroborating these data, we observed through metabolomics that the intracellular level of phosphoenolpyruvate (PEP) was increased, but not the pyruvate, indicating that PEP can be directed to the aerobic fermentation in glycosome. Although no change was observed in the succinate levels, the final product of succinic fermentation, the transcriptomic analysis allowed us to understand that this pathway intermediates can fuel other reactions in parasite. We also observed an increase in the amino acids uptake involved with the antioxidant system and NAD+ regeneration, which was increased in the parasite. Our results together with previously published transcriptomic analysis suggest that heme induced metabolic adaptations in epimastigote forms for an energy metabolism based on glycolysis and fermentation allowing its proliferation and survival.
Palavras-chave: Trypanosoma cruzi
Heme
Metabolism
Trypanosoma cruzi
Heme
Metabolismo
Área(s) do CNPq: CIENCIAS BIOLOGICAS::BIOQUIMICA::BIOQUIMICA DOS MICROORGANISMOS
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro Biomédico::Instituto de Biologia Roberto Alcantara Gomes
Programa: Programa de Pós-Graduação em Biociências
Citação: VIEIRA, Carolina Silva Dias. Efeito do heme no metabolismo de glicose nas formas epimastigotas de Trypanosoma cruzi: uma abordagem bioquímica e metabolômica. 2020. 96 f. Dissertação (Mestrado em Biociências) - Instituto de Biologia Roberto Alcantara Gomes, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2020.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/18478
Data de defesa: 9-Set-2020
Aparece nas coleções:Mestrado em Biociências

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