Plasmodium berghei liver infection inhibition by host immune response to Trypanosoma brucei

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Luís, Rafael Alexandre Carvalho
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/35241
Resumo: Tese de mestrado em Biologia Humana e Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, em 2018
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spelling Plasmodium berghei liver infection inhibition by host immune response to Trypanosoma bruceiMaláriaPlasmodiumDoença do sonoTrypanosomaCoinfecçãoSistema imunitárioTeses de mestrado - 2018Domínio/Área Científica::Ciências Naturais::Ciências BiológicasTese de mestrado em Biologia Humana e Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, em 2018A malária e a doença do sono são infeções tropicais cujas distribuições geográficas se sobrepõem em várias regiões do continente africano, em particular na África sub-Sahariana. Ambas estas doenças são causadas por parasitas com ciclos de vida complexos, envolvendo vários hospedeiros. A malária é causada por parasitas do género Plasmodium que infetam hospedeiros mamíferos através da picada de um mosquito fêmea Anopheles infetado. Este injeta parasitas Plasmodium na forma de esporozoítos, os quais invadem a corrente sanguínea e migram para o fígado, onde infetam e se desenvolvem dentro de hepatócitos, originando formas exoeritrocitárias (EEFs). Apesar de assintomática, esta fase é obrigatória e culmina na libertação de merozoítos para a corrente sanguínea, os quais infetam eritrócitos, originando os sintomas da doença. A doença do sono, ou Tripanossomíase Humana Africana, é causada pelo parasita Trypanosoma brucei, o qual é transmitido a um hospedeiro mamífero pela picada de uma mosca do género Glossina. Uma vez na corrente sanguínea, estes parasitas dividem-se e invadem outros órgãos, nomeadamente o tecido adiposo, que atua como um reservatório, e no cérebro, levando à disrupção do padrão sono-vigília, a maior característica desta doença. Tendo em conta as regiões endémicas para malária e doença do sono, existem populações infetadas simultaneamente por ambos os parasitas, existindo já alguns relatórios que apontam para esta condição. Uma vez que existe uma notória escassez de conhecimento relativamente ao impacto de uma possível coinfecção entre estes parasitas no hospedeiro, é imperativa a realização de uma análise cuidada de possíveis efeitos resultantes da coinfecção entre Plasmodium e Trypanosoma. Com o intuito de responder a esta necessidade, o laboratório de acolhimento realizou alguns estudos experimentais onde ratinhos foram submetidos a coinfecções entre Plasmodium e Trypanosoma. Os resultados mostraram que uma infeção primária por T. brucei conduz a uma inibição de cerca de 90% de uma infeção hepática subsequente por P. berghei. Experiências complementares revelaram que esta inibição é replicada pela injeção de lisados de T. brucei antes da infeção por P. berghei. Adicionalmente, experiências realizadas pelo laboratório indicam que é possível que a inibição da infeção hepática de P. berghei causada por T. brucei seja mediada pelo sistema imunitário do hospedeiro, tendo impacto tanto a nível do impedimento da invasão de hepatócitos pelos esporozoítos, bem como a nível da eliminação de EEFs durante a infeção. Como tal, esta dissertação pretende caracterizar o impacto da resposta imunitária a T. brucei que tem como consequência a inibição da infeção hepática de P. berghei. Modelos in vitro providenciam oportunidades para estudar respostas celulares específicas num sistema fechado, onde as condições experimentais podem ser cuidadosamente controladas, sem existirem problemas éticos associados ao uso de modelos animais. Assim, a tentativa de estabelecimento de um sistema in vitro que fosse capaz de replicar o fenótipo observado em infeções de modelos animais foi o foco da nossa pesquisa. Para tal, combinámos esplenócitos e soro de ratinhos infetados com T. brucei, com um sistema in vitro previamente estabelecido. No nosso sistema, não nos foi possível observar diferenças na infeção hepática de P. berghei que fossem passíveis de serem atribuídas à combinação de componentes expostas a T. brucei, nomeadamente esplenócitos e soro de ratinhos infetados com T. brucei. De forma a tentar reproduzir mais fidedignamente o ambiente imunitário presente num hospedeiro, os nossos esforços foram alocados para a implementação de um sistema in vitro pioneiro baseado em cultura de seções de fígados de ratinho. A perda de viabilidade das seções revelou-se uma barreira intransponível com as metodologias disponíveis, o que se provou determinante na mudança do foco para a compreensão dos mecanismos de envolvimento do sistema imunitário do hospedeiro na coinfecção através da utilização de modelos murinos. Experiências anteriores realizadas pelo laboratório de acolhimento mostraram que em modelos murinos incapazes de produzir células T e células B, existe uma recuperação de uma normal infeção hepática de P. berghei às 6 horas após injeção de esporozoítos, em ratinhos coinfetados com T. brucei e P. berghei. De forma a tentar compreender o mecanismo imunitário responsável pela inibição da invasão hepática por P. berghei num hospedeiro previamente infetado com T. brucei, foram realizadas diversas experiências onde modelos animais incapazes de produzir diferentes tipos de células imunitárias foram utilizados. Os nossos resultados mostraram que a ausência de vários subtipos de células T não leva a uma recuperação de uma normal invasão de hepatócitos por parte dos esporozoítos de P. berghei. Também a ausência de células B não mostrou ter efeito no contexto de coinfecção, levando-nos a analisar o envolvimento de fatores imunitários no contexto da coinfecção. O interferão-γ (IFN-γ) destacou-se devido à sua estudada ação na eliminação de parasitas Trypanosoma e Plasmodium e, como tal, modelos murinos incapazes de produzir esta citocina foram empregues. Nesta experiência, foi possível observar uma recuperação total de uma infeção normal de P. berghei às 6 horas após injeção de esporozoítos em ratinhos coinfetados incapazes de produzir IFN-γ. Assim, concluímos que este fator é determinante no impedimento da invasão hepática por P. berghei, em hospedeiros infetados previamente com T. brucei. Nesta dissertação, tentámos também avaliar a duração da proteção conferida pelos lisados de T. brucei, quando injetados antes de uma infeção com P. berghei. Para tal, lisados de Trypanosoma foram injetados a diferentes pontos no tempo antes da injeção de esporozoítos. Os dados obtidos revelaram que o efeito dos lisados de T. brucei é dependente do tempo de injeção dos lisados, sendo a proteção superior quando o tempo de injeção dos lisados é mais próximo do momento de infeção com P. berghei. De modo a esclarecer as causas da redução na infeção de P. berghei resultante da injeção de lisados de T. brucei, foi efetuada uma análise por microscopia de fluorescência que revelou um decréscimo no número de hepatócitos infetados. Porém, os parasitas que evadem esta eliminação inicial apresentam um crescimento semelhante ao dos parasitas em ratinhos infetados somente com Plasmodium. Dada a dependência temporal do efeito dos lisados, e atendendo ao papel importante das citocinas já descrito no contexto de ambas as infeções, procedemos à análise dos perfis de citocinas nos soros de ratinhos infetados somente com Plasmodium, coinfetados e injetados com lisados anteriormente a uma infeção com P. berghei. Nos grupos de ratinhos coinfetados, onde a inibição da infeção hepática de P. berghei está presente, era notória uma sobre expressão de MCP-1, MIP-1α e IL-6, sugerindo o seu possível envolvimento. Uma vez que tanto MCP-1, como MIP-1α são citocinas quimiotáticas para macrófagos e monócitos, o envolvimento destes tipos de células imunitárias na modulação da infeção hepática de P. berghei num hospedeiro infetado por T. brucei foi avaliado. Primeiramente, realizámos uma depleção de macrófagos em ratinhos infetados somente com P. berghei e coinfetados com primeiramente com T. brucei e, 5 dias depois, com P. berghei. Contudo, não nos foi possível observar uma recuperação de uma infeção normal de P. berghei no grupo coinfetados, o que indica que estas células não medeiam esta interação ou que existem mecanismos compensatórios em ação. Assim sendo, e visto que MCP-1 e MIP-1α são citocinas quimiotáticas para monócitos, foi realizada uma nova experiência onde foi bloqueado o recrutamento de monócitos em ratinhos infetados somente com P. berghei e coinfetados. Interessantemente, também nestes ratinhos, não se observou uma infeção hepática de P. berghei normal, pelo que concluímos que estas células também não estão envolvidas na interação após o bloqueio do recrutamento de monócitos. Concluindo, esta dissertação demonstra que o sistema imunitário do hospedeiro é um importante mediador da inibição de uma infeção hepática de Plasmodium, num hospedeiro previamente infetado com Trypanosoma, mais concretamente através da intervenção de citocinas que possivelmente mobilizam células imunitárias que eliminam esporozoítos e EEFs ao longo da infeção de Plasmodium, deixando margem para posterior investigação dos mecanismos subjacentes.Malaria and sleeping sickness are diseases that share overlapping spacial distributions in sub-Saharan Africa. Malaria is caused by Plasmodium parasites, while sleeping sickness is caused by Trypanosoma brucei parasites. Previous results from the host lab using a coinfection mouse model have shown that P. berghei hepatic infection is significantly inhibited by an ongoing T. brucei infection, an effect that is phenocopied by the injection of T. brucei lysates prior to inoculation of P. berghei sporozoites. Additional research suggested that the host’s immune system mediates this impairment through an elimination of P. berghei sporozoites before their invasion of the hepatocytes and through an elimination of exoerythrocytic forms (EEFs) during an ongoing P. berghei infection. In this thesis, we aimed at investigating the involvement of immune responses on the mechanisms by which T. brucei is able to impair a subsequent P. berghei hepatic infection. We showed that Interferon-γ (IFN-γ) deficient coinfected mice display a P. berghei hepatic infection at 6 hours post-sporozoite injection similar to that of IFN-γ-deficient mice infected solely with P. berghei, indicating that IFN-γ is an essential immune factor in the impairment of host hepatocyte invasion by P. berghei sporozoites in mice with an ongoing T. brucei infection. Nevertheless, the immune cells involved in the T. brucei-mediated impairment of P. berghei hepatocyte invasion remain to be elucidated. Since the immune system appeared to be involved in the impairment of P. berghei liver infection by T. brucei, we sought to understand if when T. brucei lysates are injected, a peak in immune response occurred, which would be followed by its continuous decrease, corresponding to the clearance of T. brucei molecules. Our work revealed that the protection conferred by T. brucei lysates is lost when the latter are injected 24 to 48 hours prior to sporozoite injection. Similarly to what was previously observed in the context of the coinfection, immunofluorescence microscopy analysis revealed that T. brucei lysates lead to the elimination of P. berghei parasites before reaching the liver or during the course of the liver stage of infection, without affecting their development. Considering that IFN-γ had been shown to play a role in P. berghei liver infection impairment in the context of coinfection, we sought to understand if cytokine profiles could be involved in the differential inhibitory effect of T. brucei lysates when injected at different timepoints. We determined the cytokine profiles at several timepoints of P. berghei infection in the serum from mice singly infected with P. berghei, coinfected mice, or mice injected with T. brucei lysates at several timepoints prior to P. berghei infection. Interestingly, we observed a correlation between monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1), macrophage inflammatory protein-1-alpha (MIP-1α) and interleukin-6 (IL-6) and the extent of P. berghei liver infection inhibition by T. brucei. Contrary to what we expected, even though MCP-1 and MIP-1α are chemotactic for macrophages and monocytes, depletion of macrophages and blockage of monocyte recruitment did not abrogate the impairment of P. berghei liver infection in coinfected mice. Collectively, our results elucidate aspects of the biology of infection by Trypanosoma and Plasmodium parasites and unveil a potential role for IFN-γ in the elimination of P. berghei sporozoites prior to the invasion of hepatocytes. Furthermore, this work shows the possible involvement of cytokines in the impairment of P. berghei hepatic infection by T. brucei, revealing potential cytokine and chemokine mediators in the elimination of P. berghei EEFs.Prudêncio, MiguelRebelo, Maria Teresa Ferreira Ramos Nabais de Oliveira,1964-Repositório da Universidade de LisboaLuís, Rafael Alexandre Carvalho2021-10-06T00:30:13Z201820182018-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/35241TID:202186679enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T16:31:05Zoai:repositorio.ul.pt:10451/35241Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:49:44.991937Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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