DRA. CECILIA L. FULGUEIRADRA. CECILIA L. FULGUEIRA

20132013

DIMORFISMODIMORFISMO

CENTRO DE REFERENCIACENTRO DE REFERENCIADE MICOLOGDE MICOLOGÍÍAA

FAC. CS. BIOQUFAC. CS. BIOQUÍÍMICAS MICAS Y FARMACY FARMACÉÉUTICAS UTICAS

UNRUNR

BIOSÍNTESIS DE PARED FÚNGICA

SÍNTESIS INTRACELULAR

POLIMERIZACIÓN EXTRACELULAR

JUNTAS= LUGAR Y TIEMPOCANT. EXACTAS

REGULACIÓN ���� PRECISA

SSÍÍNTESIS DE PARED PROCESO POLARIZADONTESIS DE PARED PROCESO 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

�� MorfotipoMorfotipo HifalHifalcrecimiento continuocrecimiento continuo

extremo del tubo extremo del tubo �������� abundantes naturalezaabundantes naturaleza

�� MorfotipoMorfotipo LevaduriformeLevaduriforme: : elongacielongacióón o broten o brote

< cantidad < cantidad �������� importancia econimportancia econóómicamica

DIMDIMÓÓRFICOSRFICOS

�� Hongos no limitados a un Hongos no limitados a un morfotipomorfotipo especespecííficofico

DIMDIMÓÓRFICOS RFICOS

Hongos que presentan al menos dos Hongos que presentan al menos dos morfotiposmorfotipos predominantespredominantes

DIMORFISMO/MORFOGDIMORFISMO/MORFOGÉÉNESIS NESIS

InterconversiInterconversióónn reversible entre reversible entre ≠≠ morfotiposmorfotipos

MORFOGMORFOGÉÉNESISNESIS

Respuesta Respuesta evolutivaevolutiva

��������

≠≠ ambientes ambientes ≠≠ hospederoshospederos

En cEn céélulas en lulas en crecimiento y crecimiento y

divisidivisióónn

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

�� tamatamañño ino inóóculo oculo odensidad celular inicialdensidad celular inicial

Disparadores de transiciDisparadores de transicióónn

INFECCIINFECCIÓÓN FN FÚÚNGICA Y NGICA Y ENFERMEDADENFERMEDAD

MORFOTIPO PARTICULARMORFOTIPO PARTICULAR

HONGOS QUE PRODUCEN ENFERMEDADHONGOS QUE PRODUCEN ENFERMEDAD

�� Hongos filamentosos Hongos filamentosos monommonomóórficosrficos: : AspergillusAspergillus

fumigatusfumigatusplantas, animales, hombreplantas, animales, hombre

ConidiosConidiosambienteambiente ��������

InhalaciInhalacióón, n, depdepóósito sito superficialsuperficial

Micelio invasivoMicelio invasivo��������

�� Levaduras monomLevaduras monomóórficas: rficas: CandidaCandida

glabrataglabrata

Comensal Comensal piel y piel y

mucosasmucosas��������

InfecciInfeccióón n superficial o superficial o sistsistéémicamica

Candida albicans

Candida albicans

�� Hongos dimHongos dimóórficosrficos

> % Biomasa> % Biomasa

MorfotipoMorfotipo no patogno patogééniconico Hombre, animales, plantasHombre, animales, plantas

MorfotipoMorfotipo patogpatogééniconico

Esencial para producir enfermedadEsencial para producir enfermedad

Coccidioides inmitis

Coccidioides inmitis

HONGOS QUE PRODUCEN ENFERMEDADHONGOS QUE PRODUCEN ENFERMEDAD

LEVADURASLEVADURAS

Saprófito ambiental(suelo)

HIFASHIFASConidiosConidios

HONGOS DIMHONGOS DIMÓÓRFICOSRFICOS

MORFOTIPO MORFOTIPO PATOGPATOGÉÉNICONICO

Adaptado al hospederoAdaptado al hospederoINVASIVOINVASIVO

MORFOTIPO MORFOTIPO NO PATOGNO PATOGÉÉNICONICO

INFECCIOSOINFECCIOSO

HIFASHIFASPSEUDOHIFASPSEUDOHIFAS

Comensalpiel y mucosas(flora normal)

LEVADURASLEVADURAS

Candida Candida albicansalbicans

Candida Candida dubliniensisdubliniensis

MalasseziaMalassezia furfurfurfur

EJEMPLOS EJEMPLOS HOMBREHOMBRE

Ascomycetes

Filogenét. relacionados

HistoplasmaHistoplasma capsulatumcapsulatum

BlastomycesBlastomyces dermatitidesdermatitides

ParacoccidiodesParacoccidiodes brasiliensisbrasiliensis

CoccidioidesCoccidioides inmitisinmitis//posadasiiposadasii

SporothrixSporothrix schenkiischenkii

PenicilliumPenicillium marnefeiimarnefeii

Millones de infecciones/aMillones de infecciones/aññooLatentes o reactivas Latentes o reactivas (inmunodeficientes)(inmunodeficientes)

Muestras clMuestras clíínicas nicas ambos ambos morfotiposmorfotipos

ÁÁreas endreas endéémicasmicas

Forma ambientalForma ambiental

Filamentos con macroFilamentos con macroy y microconidiosmicroconidios

HistoplasmaHistoplasma capsulatumcapsulatum Forma asociada al hospederoForma asociada al hospedero

pulmón

linfa

sangre

Levadura intracelular facultativaLevadura intracelular facultativa

Microconidios

DISPARADORES DE LA DISPARADORES DE LA TRANSICITRANSICIÓÓNN

25 25 °°CC

37 37 °°CC

Medio de cultivoMedio de cultivo

In vivoIn vivo

DIMORFISMO TERMALDIMORFISMO TERMAL

H.capsulatumH.capsulatuma cualquier a cualquier TT°° FilamentosFilamentos

Oxidantes Oxidantes --SHSHReductores Reductores --SHSH

LevadurasLevaduras

represirepresióón n sulfito reductasasulfito reductasa

auxauxóótrofotrofo CysCys CysCys LevaduraLevadura

3737°°CC37 37 °°CC

DIMORFISMO NUTRICIONAL ?? DIMORFISMO NUTRICIONAL ?? O TERMO NUTRICIONAL ??O TERMO NUTRICIONAL ??

+ r+ ráápidapida

????

Candida Candida

albicansalbicansLevaduraLevadura

PIEL Y MUCOSASPIEL Y MUCOSAS

LevaduraLevadura

Vasos sanguVasos sanguííneosneos

PenetraciPenetracióón n hifalhifal e invasie invasióónn

DiseminaciDiseminacióón n vascularvascular

ColonizaciColonizacióón n endotelial y endotelial y penetracipenetracióónn

HifaHifa

∆∆ mecanismos defensa mecanismos defensa del Hospederodel Hospedero

�� Locales Locales (lesiones, (lesiones, ∆∆ flora x ATB, flora x ATB,

ciclo)ciclo)

�� Global Global

((inmunosupresiinmunosupresióónn, VIH, , VIH, transplantes, transplantes, insuficinsufic. renal, . renal, internaciones hospitalarias internaciones hospitalarias

prolongadas)prolongadas)

AdhesiAdhesióón y n y colonizacicolonizacióónn

DISPARADORES DE LA TRANSICIDISPARADORES DE LA TRANSICIÓÓNN

Condiciones ~ piel y mucosasCondiciones ~ piel y mucosasT < 37T < 37°°CC, pH H, pH H++

LevaduraLevadura PseudohifaPseudohifa/ Hifa/ Hifa

Condiciones ~ Condiciones ~ óórganos profundosrganos profundos3737°°CC, pH neutro, suero, pH neutro, suero

Hifas necesarias paraHifas necesarias para�� invadir invadir fagocitosfagocitos�� salir de vasos sangusalir de vasos sanguííneosneos�� colonizar dispositivos mcolonizar dispositivos méédicos: BIOFILMSdicos: BIOFILMS

LL ↔↔ H incompleta y complejaH incompleta y compleja

Levaduras + mLevaduras + móóvilesvilesDiseminaciDiseminacióón n

x sangre y x sangre y flufluíídosdos a a óórganos rganos profundosprofundos

�� MutantesMutantes C.albicansC.albicans LL �������� H H �������� << virulencia modelos infecci<< virulencia modelos infeccióón animaln animal

MORFOGMORFOGÉÉNESIS CONTRIBUYE A VIRULENCIANESIS CONTRIBUYE A VIRULENCIA

Efecto durante tiempo limitadoEfecto durante tiempo limitado

En cultivos lEn cultivos lííquidos fase inicial y en quidos fase inicial y en fase estacionaria fase estacionaria �������� ccéélulas vuelven a lulas vuelven a

ser sensibles al ser sensibles al farnesolfarnesol

DISPARADORES DE LA TRANSICIDISPARADORES DE LA TRANSICIÓÓNN

�� Densidad Densidad ≥≥ 101066 ccéélulas/mllulas/mlLevaduras Levaduras brotantesbrotantes

�� Densidad < 10Densidad < 1066 ccéélulas/mllulas/mlTubo germinativo Tubo germinativo �������� HifaHifa

Densidad del inDensidad del inóóculo (culo (in in

vitrovitro))C.albicansC.albicans Suero Suero -- 3737°°CC

LL--prolina / Nprolina / N--AcAc--GlcGlc

L L �������� HH

FenFenóómeno de meno de QuorumQuorum sensingsensing

QSMsQSMs mediadores mediadores extracelulares producidos x Lextracelulares producidos x L

FarnesolFarnesol (C(C1515HH2626O)O)

Densidad del inDensidad del inóóculo y Morfogculo y Morfogéénesis en nesis 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 inmumeHospedero y ATF

FarnesolFarnesol

�������� morfologmorfologíía a biofilmbiofilm

Hasta 3 Hasta 3 hshs. y . y despudespuéés de 24 s de 24 hshs..

LiberaciLiberacióón Ln L

��������

Nuevos Nuevos biofilmsbiofilms

BiofilmsBiofilms sobre matrices / dispositivos msobre matrices / dispositivos méédicos (catdicos (catééteres , prteres , próótesis)tesis)

�������� �������� infecciinfeccióón x n x C.albicansC.albicans

MORFOTIPOS Y DIVISIMORFOTIPOS Y DIVISIÓÓN CELULARN CELULAR

MORFOGMORFOGÉÉNESIS EN CNESIS EN CÉÉLULAS EN CRECIMIENTO Y DIVISILULAS EN CRECIMIENTO Y DIVISIÓÓNN

LEVADURAS

Núcleo

PolarisomaBanda septina

Crecimiento polarizado Crecimiento polarizado crecimiento crecimiento isotrisotróópicopicoPolarisomaPolarisoma

Complejo proteComplejo proteíínas nas �������� direccidireccióón n

HIFASSeptoSpitzenkorper

Crecimiento apical polarizado permanentementeCrecimiento apical polarizado permanentemente

EstructEstruct. membranosa . membranosa del extremo del extremo hifalhifalPolarisomaPolarisoma + + SpitzenkorperSpitzenkorper ��������

Polarisoma

Casi sin crecimiento Casi sin crecimiento isotrisotróópicopicoTendencia de sus cTendencia de sus céélulas a lulas a

permanecer unidaspermanecer unidas

PatrPatróón crecimiento celular n crecimiento celular ≠≠+ cercano a L+ cercano a L

Crecimiento polarizadoCrecimiento polarizadoPolarisomaPolarisoma

PSEUDOHIFAS Polarisoma

MORFOTIPOS Y DIVISIMORFOTIPOS Y DIVISIÓÓN CELULARN CELULAR

DISPARADORES DE LA TRANSICIDISPARADORES DE LA TRANSICIÓÓN N Levadura Levadura ↔↔ PseudohifaPseudohifa

�� Medios ricos en fosfatos o alcanos Medios ricos en fosfatos o alcanos �� ≠≠ regulaciregulacióón ciclo divisin ciclo divisióón celularn celular

�������� Tiempo Tiempo Crecimiento polarizado / Crecimiento polarizado / isotrisotróópicopico

MORFOTIPOS Y DIVISIMORFOTIPOS Y DIVISIÓÓN CELULARN CELULAR

Clamidoconidio

Célula suspensora

CLAMIDOCONIDIOS Septo

PolarisomaPolarisoma y y SpitzenkorperSpitzenkorper

�� ≠≠ Crecimiento celular Crecimiento celular �������� ≠≠ rol fisiolrol fisiolóógico??gico??

�� CCéélulas de latencia??lulas de latencia?? �� �������� Viabilidad ??Viabilidad ??

DISPARADORES DE LA TRANSICIDISPARADORES DE LA TRANSICIÓÓN N

Levadura Levadura ↔↔ ClamidoconidioClamidoconidio

�� �������� OO22, , �������� luz, luz, �������� TTa.a., , �������� nutrientesnutrientes

�� Medios con arroz, leche, harina de maMedios con arroz, leche, harina de maííz + z + TweenTween 8080

�������� ccéélulas lulas suspensorassuspensoras y y clamidoconidiosclamidoconidios

PROLONGACIÓN DE CRUZAMIENTOProlongación

Célula opaca

Cruzamiento sexualCruzamiento sexual

Hormonas fHormonas fúúngicasngicasCCéélulas de polaridad lulas de polaridad

opuestaopuesta

~~ zigosforoszigosforos

MORFOTIPOS Y DIVISIMORFOTIPOS Y DIVISIÓÓN CELULARN CELULAR

TRANSICITRANSICIÓÓN ??? CN ??? Céélulas Blancas lulas Blancas ↔↔ CCéélulas Opacaslulas Opacas

CCéélulas ovoides, lulas ovoides, brotantesbrotantesColonias cremaColonias crema

CCéélulas lulas elongadaselongadas, pared irregular, pared irregularColonias planas grisesColonias planas grises

< viabilidad< viabilidad

??? ???

MORFOGMORFOGÉÉNESISNESIS

�������� Cambios metabCambios metabóólicos y bioqulicos y bioquíímicos en la cmicos en la céélulalula

ExpresiExpresióón diferencial de genesn diferencial de genes

�� Componentes estructuralesComponentes estructurales

�� Reguladores del ciclo celularReguladores del ciclo celular

�� ∆∆ composicicomposicióón membrana n membrana

plasmplasmáática y pared celulartica y pared celular

�� ∆∆ AgAg

�� ∆∆ rasgos de virulenciarasgos de virulencia

EXPRESIEXPRESIÓÓN GENN GENÉÉTICA ESPECTICA ESPECÍÍFICA DEL MORFOTIPO PATOGFICA DEL MORFOTIPO PATOGÉÉNICONICO

Genes con expresiGenes con expresióón >>> en Hifas que en Levadurasn >>> en Hifas que en LevadurasC. C. albicansalbicans

�� ECE1 ECE1 �������� extensiextensióón de elongacin de elongacióón celularn celular

�� HWP1 HWP1 �������� proteproteíína de pared celular que se U na de pared celular que se U covalentementecovalentementea ca céélulas Hospederolulas Hospedero

�� ALS3 ALS3 �������� proteproteíína de adhesina de adhesióón superficialn superficial

EXPRESIEXPRESIÓÓN GENN GENÉÉTICA ESPECTICA ESPECÍÍFICA DEL MORFOTIPO PATOGFICA DEL MORFOTIPO PATOGÉÉNICONICO

+ 500 genes con expresi+ 500 genes con expresióón n �������� ≠≠ en las 2 fasesen las 2 fasesH. H. capsulatumcapsulatum

MICELIOMICELIO LEVADURALEVADURA

Inmuno Inmuno

estimulantes estimulantes

fagocitosfagocitos

HospederoHospedero

ββ--(1,3) (1,3) glucanosglucanosReceptores Receptores dectinadectina--11

FagocitosFagocitos ��������

ClearenceClearence

αα--(1,3) (1,3) glucanosglucanos

virulenciavirulencia�������� Respuesta Respuesta HospederoHospedero

¿¿CCóómo detecta el hongo las mo detecta el hongo las ∆∆ ambientales y regula ambientales y regula

la transicila transicióón de fase?n de fase?

Red de vRed de víías de transduccias de transduccióón de sen de seññales ales

coordinada por reguladores de transcripcicoordinada por reguladores de transcripcióónn

VVíías de as de transduccitransduccióón de n de

seseññalesales

Molécula señal extracelularProteína receptora

Proteínas de andamiaje

Complejos de señalización

CITOSOL TRANSDUCCIÓN 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

∆∆ ssííntesis protentesis proteíínasnasLenta (Lenta (minmin--horas)horas)

∆∆ comportamiento comportamiento celularcelular

∆∆ funcifuncióón proten proteíínasnasRRáápida (pida (segseg--minmin))

∆∆ maquinaria maquinaria citoplasmcitoplasmááticatica

ActivaciActivacióón de proten de proteíínas de senas de seññalizacializacióónn

�� Por U de pequePor U de pequeñños mediadores intracelulares: os mediadores intracelulares: AMPcAMPc, Ca, Ca2+2+

�� Por modificaciones covalentes Por modificaciones covalentes

�� Por U a otras molPor U a otras molééculas de seculas de seññalizacializacióónn

�� Por ganancias de grupos fosfato (P)Por ganancias de grupos fosfato (P)

SeSeññalizacializacióón x fosforilacin x fosforilacióón n ProteProteíínn quinasasquinasas

Proteinquinasa

Proteinfosfatasa

Cascadas de fosforilaciCascadas de fosforilacióónn

Ser/Ser/ThrThr, , TyrTyr quinasasquinasas, , mixtasmixtas

amplificaciamplificacióónn

pH alcalino pH alcalino --neutroneutro

Rim101Rim101Cdc42Cdc42

LL--Pro Pro -- NN--AcAc GlcGlcSuero Suero –– MatrizMatriz

3737°°CC

AMPcAMPc

ProteProteíínn quinasaquinasaPKAPKA

Tec1Tec1 Efg1Efg1

RASRAS

polarisomapolarisomaSpitzenkorperSpitzenkorper??

RegulaciRegulacióón de la Morfogn de la Morfogéénesis en nesis en C.albicansC.albicans ACTIVACIACTIVACIÓÓNN

�������� NutrientesNutrientesMatingMating

CascadaCascadaMAP MAP quinasaquinasa

Cph1Cph1

Hst7Hst7

++

Genes especGenes especííficos Hifaficos Hifa PsHPsHHHLL

Genes especGenes especííficos Hifaficos Hifa

LL HH PsHPsH--

Represores Represores de de

transcripcitranscripcióónn Tup1Tup1

Nrg1Nrg1

Tup1Tup1

Rfg1Rfg1 Rbf1Rbf1

RegulaciRegulacióón de la Morfogn de la Morfogéénesis en nesis en C.albicansC.albicans REPRESIREPRESIÓÓNN

�� RegulaciRegulacióón (n (--) )

L L �������� HH

L L �������� PsPs HH

↓↓ Tup1, Nrg1 y Rfg1Tup1, Nrg1 y Rfg1

L L �������� PsPs HH

Efg1Efg1fosfatos / alcanos fosfatos / alcanos ↑↑

RegulaciRegulacióón de la Morfogn de la Morfogéénesis en nesis en C.albicansC.albicans REPRESIREPRESIÓÓNN

Nrg1Nrg1Permite Permite ≠≠

�� C.albicansC.albicans

�������� C.dubliniensisC.dubliniensis

L L �������� ClamidoconidiosClamidoconidios

C.albicansC.albicans

C.dubliniensisC.dubliniensisAgar Semillas Girasol / Agar Semillas Girasol / StaibStaib Agar Agar

L L �������� ClamidoconidiosClamidoconidios

C.albicansC.albicans y y C.dubliniensisC.dubliniensis

Genomas Genomas ~~

Efg1Efg1↑↑ MAP MAP quinasaquinasa ++

Agar leche /Agar Harina MaAgar leche /Agar Harina Maíízz

CCéélulas blancas lulas blancas ““oo”” CCéélulas opacaslulas opacas

Candida Candida

albicansalbicans

CCéélulas blancaslulas blancas

HeterocigotasHeterocigotasMTLMTL

CCéélulas opacaslulas opacas

HomocigotasHomocigotasMTLMTL

ExpresiExpresióón n ≠≠ de de genesgenes

Efg1Efg1

Tup1Tup1

�������� expresadoexpresado

ReprimidoReprimido

+ + condiccondic. . ambamb..

PSEUDOHIFASPSEUDOHIFAS

�������� Expresado Expresado ��������MAPMAP quinasaquinasa

ReprimidoReprimido

+ + condic.ambcondic.amb..

+ hormonas+ hormonas

+ + ccééll. . Polaridad Polaridad opuestaopuesta

PROYECCIPROYECCIÓÓN DE N DE MATINGMATING

Hongos DMFHongos DMF

MatingMating ssóólolo

x 1 x 1 morfotipomorfotipo