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