Universidade de Lisboa Repositório da Universidade de Lisboa

Repositório da Universidade de Lisboa >
Faculdade de Medicina (FM) >
FM - Teses de Doutoramento >

Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10451/7299

Title: Probing the role of host lipids during hepatocyte infection by malaria parasite
Other Titles: Investigando o papel dos lípidos da célula hospedeira durante a infecção hepática pelo parasita da malária
Authors: Itoe, Maurice Ayamba, 1978-
Advisor: Mota, Maria Manuel Dias da, 1971-
Frischknecht, Friedrich, 1968-
Keywords: Plasmodium
Fígado
Infecção
Lípidos
Interacções hospedeiro-parasita
Teses de doutoramento - 2012
Issue Date: 2012
Abstract: Malaria, a vector-borne disease caused by members of the apicomplexa parasites of the genus Plasmodium, continues to pose serious threat to global health whereby it is responsible for the death of over 650000 people from about 216 million infections each year (WHO World Malaria Report 2011). Upon transmission to the mammalian host by an infected Anopheles mosquito, Plasmodium sporozoites exit the dermis of the skin into the blood stream and travel to the liver where they traverse several hepatocytes before eventually invading a final one. Within the hepatocytes, the parasite undergoes an exponential replication generating tens of thousands of blood stage-infectious merozoites. Though clinically silent, a successful liver stage infection is the first obligatory step for the onset of a blood stage infection which is associated with the clinical manifestations of the disease. A better understanding of the molecular mechanisms involved in the establishment of liver stage infection is crucial for rational design of vaccines and drugs against the disease. Despite intense interest over several decades in studying Plasmodium liver stage infection, our knowledge of the role of host factors during this stage of the parasite´s life cycle is rudimentary. Previous studies using rodent malaria parasites have revealed that both parasite and host genes are transcriptionally modulated during intracellular replication of Plasmodium species in hepatocytes (Albuquerque et al., 2009, Tarun et al., 2008). Specifically, a subset of genes involved in lipid metabolism in the host (Albuquerque et al, 2009) or fatty acid synthesis enzymes of the parasite (Tarun et al, 2008) are up-regulated during infection. Taken together, we hypothesized that the lipid repertoire of Plasmodium infected hepatocytes would change during infection. To address this, total cellular lipids was extracted from Green Fluorescence Protein (GFP)- expressing P. berghei-infected and non-infected cells that were sorted by Fluorescence Activated Cell Sorting (FACS) at different time points after infection. The lipids were subjected to shotgun mass spectrometry to identify or monitor which lipid classes change as infection progressed. Our analysis revealed enrichment in infected cells of lipid classes that represent a typical signature of storage and structural membrane lipid biosynthesis. This includes triglycerides (TAG), cholesterol esters (CE), phosphatidylcholine (PC) and the sphingolipids; ceramide (Cer) and sphingomyeline (SM). Concomitant with enrichment in PC, the levels of all the other major phospholipids are decreased at all time points examined The lipidomic profile of infected cells is suggestive of an engagement of key elements of lipid metabolism such as lipogenesis, PC biosynthesis, and lipolysis. These changes could be mediated by the host or P. berghei parasites which do express several enzymes involved in lipid biosynthesis. In order to decipher the functional relevance of the host cell lipid biosynthetic machinery, as indicated by our lipidomic data, to the establishment of a successful infection, we performed targeted silencing of host genes involved in lipogenesis, PC synthesis, and lipolytic breakdown of stored fat in Huh7 cells. Interestingly, our data shows that upon knockdown of host CTP: phosphocholine cytidylyltransferase 1 alpha (PCTY1α) and phosphatidylethanolamine methyltransferase (PEMT), key enzymes in de novo PC synthesis via the Kennedy pathway and trimethylation of PE to PC, respectively, severely abrogates infection. In addition, a possible utilisation of host-derived PC during infection was demonstrated using an analogue of choline or PC. Also, knockdown of host lipolytic enzyme adipose triglyceride lipase (ATGL) and its co-activator αβ-hydrolase domain-containing protein 5 (ABHD5) or comparative gene identification 5 (CGI-5), and lipogenic enzyme stearoyl-CoA desaturase 1 (SCD1) greatly impacts P. berghei infection in Huh7 cells. This study provides not only the first global picture of the lipid repertoire of Plasmodium infected cells but also novel evidence for a connection between different arms of host cell lipid metabolic pathways and the establishLLment of a successful liver stage infection.
A malária, uma doença causada por protozoários do género Plasmodium, constitui ainda um sério problema de saúde no mundo, sendo a causa directa de mais de 650000 mortes todos os anos. Após transmissão através da picada de um mosquito Anopheles infectado, os parasitas migram da derme do hospedeiro até ao fígado através da circulação sanguínea e, uma vez no fígado, atravessam vários hepatócitos antes de infectarem aquele que se tornará a célula hospedeira. No interior da célula infectada, cada parasita irá originar dezenas de milhares de novos parasitas. A infecção do fígado do hospedeiro vertebrado precede a manifestação clínica da doença e é uma etapa obrigatória para o estabelecimento da infecção sanguínea. As interacções moleculares entre parasita e hospedeiro têm um papel determinante no estabelecimento da susceptibilidade à infecção e, portanto, a identificação de factores do hospedeiro relevantes para o desenrolar da infecção é essencial numa perspectiva de desenvolvimento de novas estratégias anti-maláricas. O conhecimento actual sobre a natureza dos factores do hospedeiro que influenciam a infecção hepática é ainda rudimentar, apesar do interesse que esta fase da doença tem suscitado. Diversos estudos demonstraram que tanto o parasita como o hospedeiro alteram os seus perfis de expressão genética durante a fase hepática da infecção. Mais especificamente, a expressão de genes envolvidos no metabolismo de lípidos e na síntese de ácidos gordos encontra-se aumentada na célula hospedeira e parasita, respectivamente. Por esta razão, colocámos a hipótese de que a infecção hepática poderá alterar substancialmente o perfil lipídico da célula hospedeira. De forma a testar esta hipótese, procedemos à extracção e caracterização por espectroscopia de massa do conteúdo lipídico de células infectadas e não-infectadas, previamente separadas com base na fluorescência da proteína “green fluorescence protein” expressa pelo parasita transgénico P. berghei. Esta análise permitiu identificar alterações consistentes com um aumento no metabolismo de armazenamento de lípidos (triglicéridos, esteres de colesterol) e síntese de lípidos estruturais (fosfatidilcolina, esfingolípidos, ceramida, esfingomielina) nas células infectadas. A fosfatidilcolina destaca-se nesta análise por ser o único fosfolípido que não se encontra sub-representado nas células infectadas. O perfil lipídico patente nas células infectadas sugere que os processos de lipogénese, biosíntese de fosfatidilcolina e lipólise são essenciais durante a fase hepática da infecção por Plasmodium. Hipoteticamente, estas alterações poderão ser mediadas pela célula hospedeira ou pelo parasita, uma vez que este possui vias biosintéticas compatíveis com o perfil lipídico observado. Numa tentativa de discriminar entre estas duas possibilidades, procedemos ao silenciamento da expressão de diversos genes necessários para os processos de lipogénese, síntese de fosfatidilcolina e catabolismo de lípidos na célula hospedeira. Esta análise demonstrou que a biosíntese de novo de fosfatidilcolina é essencial para o desenrolar da infecção hepática, uma vez que o silenciamento das enzimas “CTP:phosphocholine cytidylyltransferase 1 alpha PCTY1a)” e “phosphatidylethanolamine N-methyltransferase (PEMT)” reduz drasticamente a infecção. Em paralelo, foi possível observar a transferência de análogos de colina e fosfatidilcolina da célula hospedeira para o parasita, o que sugere que o parasita utiliza fosfatidilcolina sintetizada pela célula hepática. O silenciamento da enzima lipolítica “adipose triglyceride lipase (ATGL)” e do seu co-activador “αβ-hydrolase domain containing protein 5 (ABDH5/CGI-5)”, bem como da enzima “stearoyl-coenzyme A desaturase 1 (SCD-1)”, necessária para o processo de lipogénese, tem como consequência uma redução da infecção hepática por P. berghei Este estudo caracteriza pela primeira vez o repertório lipídico da célula hospedeira durante a fase hepática da infecção por Plasmodium e estabelece uma correlação entre diversas vias do metabolismo hepático de lípidos e a viabilidade do parasita na célula hospedeira.
Description: Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas (Ciências Biopatológicas), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2012
URI: http://hdl.handle.net/10451/7299
Appears in Collections:FM - Teses de Doutoramento

Files in This Item:

File Description SizeFormat
ulsd063742_td_Maurice_Itoe.pdf8.88 MBAdobe PDFView/Open
Statistics
FacebookTwitterDeliciousLinkedInDiggGoogle BookmarksMySpaceOrkut
Formato BibTex mendeley Endnote Logotipo do DeGóis 

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

 

  © Universidade de Lisboa / SIBUL
Alameda da Universidade | Cidade Universitária | 1649-004 Lisboa | Portugal
Tel. +351 217967624 | Fax +351 217933624 | repositorio@reitoria.ul.pt - Feedback - Statistics
DeGóis
  Estamos no RCAAP Governo Português separator Ministério da Educação e Ciência   Fundação para a Ciência e a Tecnologia

Financiado por:

POS_C UE