| Compartilhamento |
|
Use este identificador para citar ou linkar para este item:
http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/24232| Tipo do documento: | Tese |
| Título: | Impacto da deleção de genes envolvidos com a bioenergética por CRISPR/Cas9 no ciclo de vida do Trypanosoma cruzi |
| Título(s) alternativo(s): | Impact of the deletion of genes involved in bioenergetics through CRISPR/Cas9 on the life cycle of Trypanosoma cruzi |
| Autor: | Vieira, Carolina Silva Dias ![]() |
| Primeiro orientador: | Paes, Marcia Cristina |
| Primeiro coorientador: | Nogueira, Natália Pereira de Almeida |
| Primeiro membro da banca: | Silva, Narcisa Leal da Cunha e |
| Segundo membro da banca: | Escobar, Patricia Cuervo |
| Terceiro membro da banca: | Majerowicz, David |
| Resumo: | O Trypanosoma cruzi, agente etiológico da doença de Chagas, apresenta vias metabólicas e estruturas de proteínas distintas em relação aos mamíferos, sendo assim, alvos atraentes para quimioterapia. Neste estudo, utilizamos a ferramenta de edição genética CRISPR/Cas9 para deletar genes envolvidos no metabolismo energético do parasito, focando em enzimas chave das vias: glicólise (hexokinase; HKg), fermentação succínica (fosfoenolpiruvato carboxikinase; PEPCKg, malato desidrogenase; MDHg e fumarato redutase; FRDg) e geração de NADPH (enzima málica citosólica; MEc). Por meio dessa estratégia, foram gerados parasitos deletados parcialmente para HKg, MDHg e PEPCKg; e totalmente para FRDg e MEc. A glicólise é principal via de degradação da glicose. A deleção parcial da HKg comprometeu o metabolismo mitocondrial do parasito, levando a uma redução significativa na sua proliferação e no processo de metaciclogênese (diferenciação da forma epimastigota para a forma infectiva tripomastigota metacíclica). A fermentação succínica é a principal via de reoxidação de NADH no glicossoma. A deleção parcial da PEPCKg (primeira enzima dessa via) reduziu sua atividade enzimática, gerando uma série de respostas metabólicas que incluíram uma diminuição no fluxo glicolítico e uma menor dependência do metabolismo mitocondrial para obtenção de energia. Embora essas alterações não tenham afetado significativamente a proliferação, a metaciclogênese e a capacidade de invasão foram severamente comprometidas. Curiosamente, no hospedeiro mamífero, esses mutantes apresentaram um aumento significativo na infecção, parasitemia e patologia, indicando que a mutação na PEPCKg conferiu maior virulência ao parasito. A contribuição das enzimas MDHg e FRDg na fermentação succínica está associada diretamente a oxidação do NADH no glicossoma. A deleção parcial da MDHg (segunda enzima da via) não impactou a proliferação ou diferenciação do parasito, mas aumentou a eficiência do metabolismo mitocondrial. Por outro lado, a deleção da FRDg (última enzima da via) comprometeu a proliferação, a metaciclogênese e a capacidade de infecção in vitro, embora não tenha reduzido a infecção em modelos animais. Por fim, investigamos os efeitos da deleção da MEc, uma das enzimas responsáveis pela geração de NADPH no T. cruzi. A ausência dessa enzima prejudicou a proliferação, a metaciclogênese e a capacidade de infecção, tanto in vitro quanto in vivo. Os parasitos mutantes também mostraram uma maior produção de espécies reativas de oxigênio (ROS), perdendo a capacidade de controle quando expostos a agentes oxidantes. Em conjunto, nossos resultados demonstraram que a edição genética permitiu desvendar o papel de diferentes enzimas e sua importância nos distintos estágios de vida do Trypanosoma cruzi. |
| Abstract: | Trypanosoma cruzi, the causative agent of Chagas disease, exhibits metabolic pathways and protein structures distinct from mammals, making it an attractive target for chemotherapy. In this study, we utilized the CRISPR/Cas9 genome-editing tool to delete genes involved in the parasite energy metabolism, focusing on key enzymes from pathways: glycolysis (hexokinase; HKg), succinate fermentation (phosphoenolpyruvate carboxykinase; PEPCKg, malate dehydrogenase; MDHg, and fumarate reductase; FRDg), and NADPH production (cytosolic malic enzyme; MEc). We generated mutants with partial deletions for HKg, MDHg, and PEPCKg and total deletions for FRDg and MEc. Glycolysis is the main pathway for glucose degradation. Partial deletion of HKg impaired the mitochondrial metabolism of the parasite, leading to a significant reduction in its proliferation and metacyclogenesis (differentiation from epimastigote into the infective metacyclic trypomastigote). Succinate fermentation is the principal pathway for NADH reoxidation within the glycosome. Partial deletion of PEPCKg (the first enzyme in this pathway) decreased its enzymatic activity, triggering a series of metabolic responses, including a reduction in glycolytic flux and a diminished reliance on mitochondrial metabolism for energy obtention. Although these alterations did not significantly affect proliferation, metacyclogenesis, and invasion capacity were severely compromised. Curiously, these mutants exhibited a significant increase in infection, parasitemia, and pathology in mammalian hosts, indicating that PEPCKg mutation promoted enhanced virulence. The roles of MDHg and FRDg in succinic fermentation are directly associated with NADH oxidation in the glycosome. Partial deletion of MDHg (the second enzyme in this pathway) did not affect parasite proliferation or differentiation but enhanced mitochondrial metabolic efficiency. Conversely, FRDg deletion (final enzyme) impaired growth, metacyclogenesis, and infectivity in vitro, although it did not abolish animal infection. Finally, we investigated the effects of MEc deletion, one of the enzymes responsible for NADPH generation in T. cruzi. Its absence impaired proliferation, metacyclogenesis, and infectivity, both in vitro and in vivo. Furthermore, the mutant parasites exhibited increased production of reactive oxygen species (ROS), losing their ability to maintain redox homeostasis when challenged with oxidant agents. Our results demonstrated that gene editing allowed us to elucidate the roles of various enzymes and their importance across the distinct life stages of Trypanosoma cruzi. |
| Palavras-chave: | Trypanosoma cruzi – Enzimologia CRISPR/Cas9 Bioenergética Proteína 9 Associada à CRISPR Deleção de Genes Metabolismo Energético |
| 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. Impacto da deleção de genes envolvidos com a bioenergética por CRISPR/Cas9 no ciclo de vida do Trypanosoma cruzi. 2025. 155 f. Tese (Doutorado em Biociências) – Instituto de Biologia Roberto Alcantara Gomes, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2025. |
| Tipo de acesso: | Acesso Embargado |
| URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/24232 |
| Data de defesa: | 25-Fev-2025 |
| Aparece nas coleções: | Doutorado em Biociências |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| Tese - Carolina Silva Dias Vieira - 2025 - Completa.pdf | 3,71 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar Solictar uma cópia | |
| Tese - Carolina Silva Dias Vieira - 2025 - Parcial.pdf | 2,98 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar | |
| Termo - Carolina Silva Dias Vieira - 2025.pdf | 247,79 kB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar Solictar uma cópia | |
| CRN - Carolina Silva Dias Vieira - 2025.pdf | 216,84 kB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar Solictar uma cópia |
Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.

