Kinetic analysis of gene expression during mycelium to yeast transition and yeast to mycelium germination in Paracoccidioides brasiliensis

Abstract

ABSTRACT: Introduction: Paracoccidioidomycosis is an endemic systemic mycosis caused by Paracoccidioides brasiliensis, a thermally dimorphic fungus that in tissues and cultures at 37 °C grows as a yeast while at lower temperatures (less than 24 °C) it becomes a mold; however the genes that rule these processes and their expression are poorly understood. Objective: This research focused on the kinetic expression of certain genes in P. brasiliensis throughout the dimorphic process, one that involves the transition from the mycelium to yeast forms and the germination from the yeast to mycelium form.Materials and methods: A real-time quantitative polymerase chain reaction (RT-qPCR) was optimized to measure the expression of ten genes connected with diverse cellular functions including cell synthesis and wall structure, oxidative stress response, heat shock response, metabolism, proteins’ processing, solute transport across the cell membrane and signal transduction pathways at different time points during the mycelia to yeast transition, as well as in the yeast to mycelia germination processes.Results: Genes involved in cell synthesis and wall structure, metabolism and signal transduction were differentially expressed and highly up-regulated during the yeast to mycelia germination process; on the other hand, genes involved in heat shock response, cell synthesis and wall structure were highly up-regulated during the mycelia to yeast transition process. The remaining genes were differentially regulated during both processes.Conclusion: In this work the up-regulation of certain genes involved in the morphological changes occurring in P. brasiliensis yeast and mycelia forms were confirmed, indicating that these biological processes play an important role during the host-pathogen interactions, as well as in the fungus adaptation to environmental conditions

RESUMEN: Introducción. La paracoccidioidomicosis es una micosis sistémica causada por el hongo termodimorfo Paracoccidioides brasiliensis. En tejidos y cultivos a 37 °C crece como levadura, mientras que a temperaturas menores de 24 °C crece como un moho. Sin embargo, se conoce poco sobre los genes que regulan estos procesos. Objetivo. Se evaluó la cinética de expresión de algunos genes en P. brasiliensis mediante el proceso de dimorfismo incluida la transición del micelio a levadura y de la germinación de levadura a micelio. Materiales y métodos. Se optimizó una PCR cuantitativa en tiempo real (RT-qPCR) para medir la expresión de diez genes relacionados con diversas funciones celulares que incluyeron: síntesis de pared, respuesta al estrés oxidativo, respuesta al choque térmico, metabolismo, procesamiento de proteínas, trasporte de solutos a través de membranas y transducción de señales, todo ello a diferentes tiempos durante la transición de micelio a levadura, así como de la germinación de levadura a micelio. Resultados. Se encontró que los genes relacionados con síntesis de pared, metabolismo y transducción de señales, se expresaban de manera diferencial y con regulación positiva durante la germinación levadura a micelio, mientras que algunos genes relacionados con respuesta a choque térmico y a síntesis de pared estaban sobreexpresados en la transición de micelio a levadura. Los genes restantes se regularon de manera diferencial en ambos procesos. Conclusiones. En este trabajo se confirma la regulación positiva de algunos genes relacionados con los cambios morfológicos de las fases levadura y micelio en P. brasiliensis, procesos biológicos que juegan un papel de importancia durante la interacción huésped-parásito y durante la adaptación del hongo al ambiente, respectivamente