The impact of carbon source in Candida albicans virulence: participation of RLM1 in pathogen host interaction

Abstract

The survival of all microbes depends upon their ability to respond to environmental challenges. To establish infection, pathogens such as Candida albicans must support effective stress responses to counter host defenses while adapting to dynamic changes in nutrient status within host niches. Studies of C. albicans stress adaptation have generally been performed on glucose-grown cells, leaving the effects of alternative carbon sources upon stress resistance largely unexplored as well alterations in its virulence. In a previous work both copies of the RLM1 gene of C. albicans were deleted and phenotypic analysis of Δrlm1/Δrlm1 mutants showed typical cell wall weakening phenotypes, such as hypersensitivity to Congo Red, Calcofluor White and caspofungin, showing its involvement in the cell wall remodelling. To understand the role of RLM1 under the influence of different carbon source, phenotypic characterization against cell wall damaging stress agents, modulation of virulence factors as well as their involvement in host-pathogen interaction was preformed in the present work. Candida albicans Δrlm1/Δrlm1 mutant displayed phenotypes associated to cell wall deficiency such as, hypersensitivity to Congo red, caspofungin in glucose- and lactate- grown cells. However the RLM1 mutants were slight more resistant to Congo Red when grown in lactate. On the other hand lactate-grown cells were not able to growth al all in the presence of SDS and presented sensitivity to caffeine, in comparison with glucose-grown cells. The increased transcription of genes already reported to be involved in cell adhesion correlated well with adhesion and biofilm assays, in which RLM1 mutant presented greater biofilm formation than WT in both growth condition. However cell adapted to lactate adhered more and biofilm formation was more pronounced. The host-pathogen interaction was accessed by co-incubation with murine macrophages-like cell line (J774). In general, lactate-grown cells were less efficiently killed in comparison to glucose-grown cells. However the mutant presented distinct behaviors, they were more resistant when adapted to glucose than to lactate. The TNF-α and IL-10 were lower in response to Δrlm1/Δrlm1 mutant and the cellular toxicity, measured as extracellular lactate dehydrogenase activity, was significantly lower in comparison with the WT and complemented strains in glucose-grown cells. The effect observed before was reverted when C. albicans cells were grown on lactate. In conclusion, C. albicans cells adapted to different carbon sources behave differently, particularly in the interaction with macrophages, in which the RLM1 mutation plays a decisive effect since it affects the cell wall integrity.

Os microrganismos para sobreviver dependem da capacidade de responder aos desafios apresentados pelo ambiente onde estão inseridos. O sucesso da infecção por parte dos agentes patogénicos, tais como Candida albicans, assenta na capacidade de responder eficazmente a stresses causados pelas defesas do hospedeiro e à adaptação a alterações constantes dos nutrientes no hospedeiro. Alguns estudos indicam que o crescimento em fontes de carbono alternativas tem influência na resistência ao stress e alteram a virulência de C. albicans. Em trabalhos anteriores, o gene RLM1 de C. albicans foi deletado e a análise fenotípica dos mutantes Δrlm1/Δrlm1 revelou que estes apresentam hipersensibilidade ao Congo Red, Calcofluor white e Caspofungina, fenótipos típicos de fragilidade na parede celular. De forma a perceber o papel de RLM1 em células adaptadas a diferentes fontes de carbono, foi feita uma caracterização fenotípica usando agentes que perturbam a parede celular, avaliada a modulação de alguns fatores de virulência, bem como a interação hospedeiro-patogéno. Os mutantes Δrlm1/Δrlm1 de Candida albicans crescidos em glucose e láctico exibiram fenótipos associados a deficiências na parede celular, tais como, hipersensibilidade ao Congo Red e Caspofungina. No entanto, estas revelaram ser ligeiramente mais resistentes ao Congo Red quando crescidas em láctico. Por outro lado, as células crescidas em ácido láctico apresentaram maior dificuldade em crescer na presença de cafeína, não tendo sido detectado crescimento em SDS, contrariamente às células crescidas em glucose que não apresentaram sensibilidade a estes stresses. O aumento da expressão de genes envolvidos na adesão célular correlacionou-se diretamente com os ensaios de adesão e biofilme, em que os mutantes Δrlm1/Δrlm1 apresentam uma maior formação de biofilme em comparação com a estirpe selvagem em ambas condições de crescimento. Contudo, células crescidas em ácido láctico aderiram mais e a formação de biofilme foi mais evidente. A interação Candida-hospedeiro foi avaliada através da co-incubação com a linha celular de macrófagos J774. Em geral, as células crescidas em ácido láctico foram fagocitadas de forma menos eficiente em comparação com células crescidas em glucose. As estirpes mutante Δrlm1/Δrlm1 apresentaram comportamentos distintos quando crescidas em diferentes fontes de carbono; em glucose os níveis de produção de TNF-α e IL-10 foram mais baixos e a toxicidade celular, avaliada pela atividade da lactato desidrogenase, foi significativamente mais baixa, em comparação com as estirpes selvagem e complementadas. O efeito anteriormente observado foi totalmente revertido quando o mutante foi crescido em meio com ácido láctico. Em conclusão, células de C. albicans a diferentes fontes de carbono apresentam comportamento diferentes, nomeadamente na interação com macrófagos, onde o gene RLM1 parece ter um papel decisivo pois afecta a integridade da parede celular.