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Publicação
Trypanosoma brucei-derived factor(s) regulate lipolysis in adipocytes
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Trypanosoma brucei, é um parasita unicelular extracelular que é conhecido pelo seu impacto devastador na
Africa sub-Saariana, causando a tripanossomíase africana, uma doença caracterizada por sintomas graves e
frequentemente fatais, em humanos e animais. Entre as suas características marcantes, destaca-se uma em
particular: a perda de peso significativa e muitas vezes rápida experienciada por indivíduos infetados. Este
fenómeno tem sido associado a uma interação complexa entre o parasita e o tecido adiposo do hospedeiro,
que emerge como o terceiro maior reservatório de parasitas durante a infeção, abrigando algumas das
concentrações mais elevadas de parasitas entre todos os órgãos do hospedeiro à medida que a doença
progride.
Dentro deste microambiente, o parasita passa por uma transformação notável, dando origem às
necentemente caracterizadas formas do tecido adiposo (ATFs) especializadas. Estes ATFs exibem
alterações marcantes na expressão génica e no metabolismo quando comparados aos seus parentes
encontrados no sangue, sugerindo uma adaptação refinada ao ambiente rico em lípidos. Entre as adaptações
notáveis encontram-se o aumento na expressão de genes associados à β-oxidação, uma via crucial no
metabolismo lipídico, e um crescimento mais lento. Além disso, os ATFs demonstraram também consumir
miristato, um ácido gordo com implicações profundas no processamento lipídico, marcado radioativamente,
enquanto o mesmo não sucede nos parasitas encontrados no sangue.
Todas juntas estas observações apontam para a possível existência de metabolismo lipídico nos ATFs, que
serviria não só de base para parcialmente explicar a preferencia dos parasitas pelo tecido adiposo, mas
também para justificar a presença de genes envolvidos na β-oxidação no genoma do parasita, que até à data
não foram descritos como tendo uso funcional.
Neste estudo, mergulhamos nas dinâmicas complexas da interação do T. brucei com adipócitos em ensaios
in vitro, lançando luz sobre os mecanismos subjacentes à perda de gordura no tecido adiposo, um aspeto
crítico da doença.
As nossas descobertas indicam que o parasita é capaz de induzir lipólise em adipócitos diferenciados in vitro
por si só sem a necessidade da atuação de fatores externos como células imunes, como havia sido descrito
anteriormente. Esta indução não é uma consequência passiva da presença do parasita, mas sim um processo
cuidadosamente orquestrado, e detetado apenas depois de 24 horas de exposição.
Com uso de ensaios que preveniam o contacto direto entre parasitas e adipócitos conseguimos determinar
que esta indução é mediada por um fator secretado pelo parasita, pelo que interação direta não é necessária.
Relativamente ao curioso lapso temporal entre a exposição dos adipócitos aos parasitas e o aumento na
secreção de ácidos gordos e glicerol, foram também testados e descartados fatores potenciais que
contribuíssem para o atraso de mais 24 horas na indução da lipólise. Concluiu-se que este atraso não é
atribuível à necessidade de diferenciação do parasita para a sua forma stumpy (caracterizada por possuir o
ciclo celular suspenso e estar pré-adaptada para transmissão ao vector), a mecanismos de concentração de
limite ou à necessidade de adaptação do parasita aos adipócitos, e a conseguinte diferenciação em ATFs.
Tendo muitos destes resultados sido obtidos a partir da produção de meio condicionado derivado do parasita,
onde os parasitas haviam existido em cultura em condições semelhantes a ensaios anteriores. Este meio
condicionado retém a capacidade lipolítica dos parasitas apesar de não possuir parasitas vivos presentes,
servindo não só de base para grande parte das experiencias mas também consolidando a ideia de que a
lipólise é induzida por um fator secretado.
Estudos prévios haviam já descrito a capacidade do parasita de modular o seu ambiente, em particular
células imunes através da secreção de proteínas, e por este motivo testamos se o fator lipolítico presente
seria uma proteína solúvel. Contudo a digestão de proteínas do meio condicionado, não foi suficiente para
remover a capacidade lipolítica do meio, sugerindo que o fator responsável não era uma proteína solúvel.
Testamos ainda o impacto das vesículas extracelulares, uma vez que também elas haviam sido descritas
como ferramentas moduladoras utilizadas pelo parasita durante a infeção, mas a exposição dos adipócitos a
vesículas extracelulares derivadas do parasita não produziu um aumento significativo da lipólise. Apesar
disto, durante a exposição dos adipócitos ao meio condicionado de onde as vesículas haviam sido isoladas, ou seja sem as vesículas presentes, o oposto foi observado. Indicando que o fator lipolítico se trata de uma
pequena molécula que permanece suspensa no meio condicionado após o isolamento das vesículas. A
alteração do pH e a depleção de nutrientes no meio devido ao crescimento dos parasitas foram também
testados ao que nenhum efeito no fenótipo lipolítico se observou, confirmando que o fator lipolítico tem
origem nos próprios parasitas. Para averiguar se a molécula alvo se tratava de facto de uma pequena
molécula, o meio condicionado foi filtrado com um filtro de 3KDa, onde se observou um aumento na
secreção de ácidos gordos e glicerol, na porção filtrada. Concluindo que o fator responsável pelo aumento
da lipólise é de facto uma pequena molécula com tamanho inferior a 3KDa, tratando-se provavelmente de
um metabolito ou molécula de RNA ou DNA.
Este estudo revelou também a influência da exposição ao T. brucei na expressão génica de enzimas
lipolíticas nos adipócitos. Os níveis de transcrição da lipase adiposa triglicerídica (ATGL) e da lipase
sensível a hormonas (HSL), as duas principais enzimas na via lipolítica neutra, exibiram padrões de
expressão semelhantes em adipócitos estimulados, diferindo no entanto dos níveis de expressão observados
nos controlos não estimulados. Tendo um aumento inicial dos transcritos sido observado, nas primeiras
horas seguido de uma diminuição acentuada nos níveis de mRNA, que gradualmente recuperaram para os
níveis dos controlos não estimulados até às 24 horas de exposição. Sugerindo a possibilidade de um ciclo
de feedback negativo ou de mecanismos regulatórios desencadeados após o estimulo inicial proveniente do
parasita. Se as alterações observadas na transcrição destas enzimas são derivadas de um estimulo direto do
parasita na transcrição, pela secreção de fatores de transcrição por exemplo, ou se são uma consequencia da
exaustão das enzimas ativadas por uma via lipolítica adjacente, parmanece desconhecido servindo de alvo
para futuros estudos.
Em suma, o nosso estudo realça a notável capacidade do T. brucei de induzir a lipólise nos adipócitos através
de uma molécula pequena e secretada, lançando nova luz sobre a interação hospedeiro-parasita no tecido
adiposo. Estas descobertas têm implicações profundas não apenas para compreender a patogénese da
tripanossomíase africana, mas também para desvendar as interações hospedeiro-parasita em diversos
contextos de tecidos. A nossa investigação destaca a complexidade deste jogo e abre caminho para
estratégias terapêuticas inovadoras contra a tripanossomíase e doenças metabólicas relacionadas.
A relevância deste estudo estende-se para além do campo da parasitologia. Compreender os mecanismos
que regem a lipólise dos adipócitos pode fornecer valiosos insights em distúrbios metabólicos mais amplos
caracterizados pela perda excessiva de gordura, como a caquexia e certos tipos de cancro. Além disso, a
identificação de um fator lipolítico pequeno e secretado pelos parasitas apresenta uma potencial via para o
desenvolvimento de medicamentos que visam o metabolismo lipídico. Em última análise, este projeto não
só contribui para a luta contra a tripanossomíase africana, mas também avança o nosso conhecimento das
interações hospedeiro-patogénico com implicações de largo alcance para a saúde humana. Esta exploração
aprofundada da influência do T. brucei nos adipócitos abre portas para múltiplas vias de investigação com
potencial para impactar vários campos da biologia e da medicina.
Trypanosoma brucei infection is characterized by a severe loss of mass and increased lipolysis within the adipose tissue, which serves as one of the parasite's major reservoirs throughout infection. To understand the mechanisms underlying this interaction, we established an in vitro model to study the dynamic interplay between T. brucei and adipocytes. Our findings reveal that after 24 hours of exposure of adipocytes directly to T. brucei or T. brucei-conditioned media, a significant level of lipolysis is induced. Intriguingly, the observed lipolytic effect of T. brucei is only detectable 24 hours after exposure and it is not mediated by the soluble protein or extracellular vesicular component of the secretome as commonly assumed in cell-to-cell communication. It was instead mediated by small molecule(s) with molecular weight below 3 kDa. These molecule(s) could be metabolite(s) or nucleic acids and should be the subject of further investigation. Remarkably, the lipolytic effect of the parasite secretome is not dependent on the differentiation of the parasite into stumpy or adipose tissue forms. However, it did exert a discernible impact on adipocyte gene expression, suggesting a complex and nuanced interaction between T. brucei and host adipose tissue. The 24-hour delay observed in the lipolytic response poses an intriguing question that warrants future exploration. Uncovering the mechanism by which T. brucei stimulates adipocyte lipolysis will advance our understanding on adipose tissue wasting observed during trypanosomiasis and it may potentially offer new avenues for therapeutic intervention in this devastating disease and other metabolic disorders.
Trypanosoma brucei infection is characterized by a severe loss of mass and increased lipolysis within the adipose tissue, which serves as one of the parasite's major reservoirs throughout infection. To understand the mechanisms underlying this interaction, we established an in vitro model to study the dynamic interplay between T. brucei and adipocytes. Our findings reveal that after 24 hours of exposure of adipocytes directly to T. brucei or T. brucei-conditioned media, a significant level of lipolysis is induced. Intriguingly, the observed lipolytic effect of T. brucei is only detectable 24 hours after exposure and it is not mediated by the soluble protein or extracellular vesicular component of the secretome as commonly assumed in cell-to-cell communication. It was instead mediated by small molecule(s) with molecular weight below 3 kDa. These molecule(s) could be metabolite(s) or nucleic acids and should be the subject of further investigation. Remarkably, the lipolytic effect of the parasite secretome is not dependent on the differentiation of the parasite into stumpy or adipose tissue forms. However, it did exert a discernible impact on adipocyte gene expression, suggesting a complex and nuanced interaction between T. brucei and host adipose tissue. The 24-hour delay observed in the lipolytic response poses an intriguing question that warrants future exploration. Uncovering the mechanism by which T. brucei stimulates adipocyte lipolysis will advance our understanding on adipose tissue wasting observed during trypanosomiasis and it may potentially offer new avenues for therapeutic intervention in this devastating disease and other metabolic disorders.
Descrição
Tese de Mestrado, Biologia Molecular e Genética, 2024, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências
Palavras-chave
Trypanosoma brucei adipócito 3T3-L1 Lipólise Secretoma Teses de mestrado - 2024