Elucidating the role of exosomes in Candida – macrophage interaction

Abstract

Os fungos têm sido identificados como causadores de graves doenças humanas, sendo as espécies do género Candida e Aspergillus as principais causas de infeções fúngicas oportunistas em todo o mundo. Ao longo dos anos, houve um aumento na incidência destas infeções e no número de espécies resistentes aos medicamentos, o que contribuiu para maiores percentagens de morbilidade e mortalidade, principalmente entre indivíduos imunocomprometidos. Uma vez que as infeções por Candida têm um efeito significativo na saúde pública, a necessidade de melhor compreender a sua patogénese de forma a guiar o desenvolvimento de medicamentos antifúngicos otimizados é premente. No decorrer da última década, tem sido dado mais destaque aos tratamentos cujo alvo é específico à interação hospedeiro-patógeno, o que em teoria pode possibilitar um impacto mínimo dos medicamentos na sobrevivência dos organismos comensais, tornando-os menos suscetíveis a conduzir uma resistência universal no microbioma. Assim sendo, o melhor conhecimento sobre as interações hospedeiro-espécies de Candida pode levar a novos alvos para os medicamentos antifúngicos e consequentemente auxiliar no controlo destas infeções. Recentemente, as vesículas extracelulares ganharam muito interesse na investigação como um mecanismo omnipresente na transferência de informação entre células e organismos em todos os três domínios da vida. Para além das funções na fisiologia normal, estas partículas têm sido expostas como mediadores de um mecanismo anteriormente não reconhecido para empacotar e proteger carga para absorção e integração noutras células, nomeadamente produtos secretados por patógenos, emergindo assim como um tipo de interação hospedeiro-patógeno funcionalmente diverso. Considerando as potenciais funções relatadas para estas vesículas nas interações hospedeiro-Candida, há motivação significativa para aumentar a nossa compreensão sobre a biologia e funções das mesmas, o que pode resultar num melhor entendimento da patogénese de Candida e ajudar a elucidar possíveis alvos terapêuticos para o desenvolvimento de vacinas ou imunoterapias contra este tipo de infeções. O objetivo desta dissertação foi estudar a biologia dos exossomas secretados por C. albicans SC5314 e C. albicans 124A e as suas funções num ambiente de infeção, através do seu isolamento para posterior caraterização, avaliação de citotoxicidade, análise de fagocitose e produção de citocinas quando em cultura com uma linha celular de macrófagos de murinos. Adicionalmente, este trabalho teve como objetivo estabelecer um modelo de embrião de peixe-zebra para estudar as interações hospedeiro-Candida, permitindo estudos adicionais sobre o papel de exossomas na patogénese de Candida na escala de um organismo inteiro.

Since the 1980s, fungi have been revealed as major causes of human disease, where Candida species represent the most common cause of opportunistic fungal infections worldwide. Through the years, there has been an increase in the occurrence of these infections, and in the number of drug-resistant species which contributed to greater percentages of morbidity and mortality, particularly amongst the immunocompromised. Accordingly, Candida infections have become a significant influence in public health which leadsto a necessity of better understanding their pathogenesis to improve therapeutic options and facilitate the development of enhanced antifungal drugs. Over the past decade, more prominence has been placed on treatments aiming to target specifically the host-pathogen interaction which, in theory, could enable a minimal impact from the drugs on the survival of commensal organisms, being less susceptible to eliciting resistance in the microbiome. Therefore, improved knowledge about host-Candida species interactions may identify new targets for the antifungal drugs and consequently assist in controlling these infections. More recently, extracellular vesicles (EVs) have gained much interest in research as a ubiquitous mechanism for transferring information between cells and organisms across all three domains of life. In addition to their influence on normal physiology, these particles have also been pinpointed as mediators of a previously unrecognized mechanism to package and protect cargo for uptake and integration into other cells, namely pathogen secretion products, emerging as a functionally diverse type of host-pathogen interaction. Considering the potential roles reported for EVs in host-Candida interactions, improving existing comprehension on the biology and functions of Candida EVs could open new views for understanding Candida pathogenesis and help elucidate possible therapeutic targets and develop potential vaccines or immunotherapy against this infection. The aim of this thesis was to study the biology of C. albicans SC5314 and C. albicans 124A exosomes, and their roles in an infection environment, by isolating them for further characterization, cytotoxicity evaluation, phagocytosis assessment and cytokine production analysis when in culture with a murine macrophage-like cell line. Furthermore, this work aimed to establish an effective zebrafish embryo model to study host-Candida interactions, to allow further studies on the role of exosomes in Candida pathogenesis in the scale of a whole organism