Utilize este identificador para referenciar este registo: http://hdl.handle.net/10362/56913
Título: Plasmodium hepatocyte interactions : implications for protection against malaria
Autor: LEIRIÃO, Patrícia Rodrigues Saavedra
Orientador: MOTA, Maria Manuel
RODRIGUEZ, Ana
Palavras-chave: Parasitologia médica
Malária
Plasmodium hepatocite
Protecção
Data de Defesa: 2006
Editora: Instituto de Higiene e Medicina Tropical
Resumo: A malária é uma das doenças infecciosas mais importantes a nível mundial, sendo anualmente responsável por mais de 1 milhão de mortes. O agente causador da doença é o parasita intracelular, denominado Plasmodium, que possui um ciclo de vida bastante complexo. A infecção tem início com a inoculação de esporozoítos através da picada de um mosquito fêmea Anopheles, o vector de transmissão da doença. Uma vez na corrente sanguínea, o esporozoíto migra até ao fígado onde infecta a célula hospedeira, o hepatócito. No fígado, o parasita replica-se e desenvolve-se até atingir o seu próximo estado de maturação – o merozoíto. Dada esta complexidade, é natural que o Plasmodium provoque no hospedeiro uma variedade de mecanismos distintos, especialmente ao nível imunitário. Por isso, a resposta imune desenvolvida pelo hospedeiro, contra o parasita, é caracterizada como sendo complexa e específica em relação à espécie e ao estádio do mesmo. De forma a adquirir uma resposta imune protectora contra a malária é necessário que o indivíduo seja infectado consecutivamente durante a vida. Mesmo assim o resultado obtido é apenas uma imunidade parcial contra o parasita. Melhorias significativas têm sido registadas, no que diz respeito à compreensão dos mecanismos de protecção envolvidos na doença, assim como na identificação de novas moléculas que possam ser utilizadas no desenvolvimento de novas vacinas. No entanto, ainda não está disponível uma vacina que seja eficaz conferindo uma protecção total. O uso de esporozoítos irradiados em imunizações induz uma protecção total contra a doença, que é mediada pela activação de linfócitos T CD8+ específicos para antigénios do parasita. O início desta resposta é mediado por células dendríticas, embora a origem dos antigénios intervenientes seja ainda desconhecida. Os esporozoítos irradiados conseguem infectar os hepatócitos. Contudo, não são capazes de progredir para a fase sanguínea da doença. Este desenvolvimento incompleto da fase hepática é uma característica fundamental para que ocorra imunidade. Embora alguns dos mecanismos protectores induzidos pela infecção com esporozoítos irradiados já tenham sido identificados é, ainda, necessário proceder a uma caracterização detalhada dos mesmos. Sendo o fígado um local de extrema importância durante o ciclo de vida do parasita da malária, qualquer descoberta ao nível das interacções que se estabelecem entre o Plasmodium e o hepatócito, terá uma repercussão no melhoramento do processo de indução de uma resposta imune contra a doença. Utilizando um modelo murino, demonstrou-se que os hepatócitos infectados com esporozoítos irradiados entram em apoptose logo após o início da infecção. Durante esta fase as célulasdendríticas são recrutadas para o fígado, local onde fagocitam os corpos apoptóticos provenientes dos hepatóctios que entraram em morte celular. Uma vez que estas células são capazes de apresentar antigénios exógenos e ainda induzir o priming e activação das células T, os resultados por nós obtidos sugerem que os hepatócitos infectados apoptóticos são a fonte de antigénios do parasita utilizada pelas células dendríticas durante a iniciação de uma resposta imune contra a malária. Durante o curso de uma infecção, a morte celular possui um papel fundamental no estabelecimento de uma resposta imune contra um agente patogénico. Os parasitas possuem a capacidade de modular esta resposta através da indução ou inibição da morte da célula hospedeira, de forma a possibilitar o seu desenvolvimento e sobrevivência. Previamente, foi demonstrado que durante a migração dos esporozoítos através dos hepatócitos, as células atravessadas secretam um factor de crescimento específico, o HGF -“hepatocyte growth factor”, que aumenta a susceptibilidade celular à infecção. Esta via de sinalização iniciada pelo HGF através do seu receptor, o MET, provoca uma série de efeitos em diversos tipos de células. Entre eles destaca-se a protecção contra a morte celular programada. Considerando tal facto, estudou-se qual o efeito desta protecção durante a infecção por Plasmodium, tendo como hipótese que a activação da via de sinalização do HGF/MET induziria uma protecção da apoptose nas células infectadas. Os resultados por nós obtidos confirmaram esta teoria. A inibição desta via de sinalização induziu um aumento na quantidade de morte celular observada. Tendo em conta que, usualmente, a activação da sinalização do HGF ocorre segundo o sinal de transdução do PI3K/Akt, testou-se se o bloqueio desta via produzia algum efeito na infecção. De facto, os resultados observados indicam que esta via de sinalização é utilizada durante a infecção quando o HGF/MET é activado. Estas observações demonstram que a inibição da apoptose da célula hospedeira durante a infecção por Plasmodium é necessária para ocorrer doença. Na parte final deste trabalho, procurou-se ainda identificar um gene do parasita responsável pela inibição da morte do hepatócito. Algumas observações preliminares levaram-nos a sugerir que a proteína HSP70 do parasita possa exercer uma função neste processo, daí que sugerimos que no futuro este envolvimento seja mais aprofundado. Assim, os resultados apresentados nesta tese contribuem para um maior esclarecimento e compreensão das interacções que se estabelecem no fígado aquando da infecção por Plasmodium, e para um conhecimento mais alargado da relação entre o parasita e o hepatócito.
Malaria is one of the most predominant infectious diseases worldwide, accounting for more than 1 million deaths annually. The intracellular parasite Plasmodium is the causative agent of malaria which undergoes a complicated life cycle. Infection is initiated by inoculation of sporozoites through mosquito bite, which journey to the liver where they must migrate and invade hepatocytes in order to replicate and mature. Immunity to malaria is complex and is essentially both species and stage specific, thus a wide variety of distinct immune mechanisms are provoked by the parasite in the host. The generation and maintenance of protective immune responses requires repeated infections over the lifetime of an individual and even though only partial immunity is achieved against the disease. Despite the significant advances in understanding mechanisms of protection and identifying new targets for vaccine design, an effective protection against malaria is still not available. However, immunization with irradiated Plasmodium sporozoites induces antigen-specific CD8+ T cells immune response that confers complete protection against malaria. The initiation of this response is mediated by dendritic cells, but the source of parasite antigens intervening in this response remains unknown. Irradiated sporozoites are capable of infecting hepatocytes but do not progress into blood stages forms. Both this incomplete liver development and the hepatic stage itself are indispensable steps for the outcome of a successful malaria protection. Although some protective mechanisms conferred by irradiated sporozoites have been identified, a thorough characterization is still needed. The liver plays a key role in the life cycle of the malaria parasite and therefore insights into Plasmodium-hepatocyte interactions will have a promising effect in improving the process of triggering an immune response against the disease. Using a rodent malaria model, we show that hepatocytes infected with irradiated Plasmodium sporozoites undergo apoptosis shortly after infection. In addition, after infection dendritic cells are recruited to the liver where they phagocytose apoptotic bodies derived from infected hepatocytes. Given that dendritic cells are capable of cross-presenting exogenous antigens and elicit the priming and activation of T cells, our results suggest that the apoptotic Plasmodium infected hepatocytes provide a source of parasite antigens for the initiation of the protective immune response against the disease. Cell death plays a central role in the course of an infection helping establish an immune response against a pathogen. Furthermore, some parasites have the capacity to modulate this response by apoptosis induction or inhibition of the infected host cell, in order to survive and develop within the host.Previously it was shown that wounding of hepatocytes by sporozoite migration induces the secretion of hepatocyte growth factor (HGF) by traversed cells, which renders neighbor epatocytes susceptible to infection. The signaling initiated by HGF through its receptor MET has multifunctional effects on various cell types. Survival signals and protection of host cells is one of these features of HGF/MET signaling. The role of this protection on Plasmodium infected hepatocytes was also a subject of study in this thesis. Therefore, we hypothesize that HGF/MET would induce in infected host cells protection from apoptosis, which in turn would lead to an increased infection. Our data confirms that HGF/MET signaling protects infected cells from apoptosis, since an increase in apoptosis of infected cells was observed when the signaling pathway was inhibited. Given that HGF inhibits cell death primarily through the PI3-kinase/Akt signal transduction pathway, we tested if the infection susceptibility increase was impaired by inhibition of this pathway. In fact, inhibition of PI3-kinase completely abrogates the HGF effect on malaria infection. Taken together, these results implicate that the permissive effect of HGF for susceptibility to malaria infection is, at least in part, mediated by its anti-apoptotic signal. To our knowledge, these results demonstrate for the first time that active host’s cell apoptosis inhibition during infection by Plasmodium is required for a successful infection. Finally, an attempt at identifying a Plasmodium candidate gene responsible for the apoptosis inhibition of the host cell was carried out. Preliminary results evidence a promising role for Plasmodium heat shock protein 70 which broad function should be studied in the future. In summary, data presented in this thesis contributes to a wider understanding of the events that occur in the liver during a malaria infection and expand our knowledge within the interactions established between the malaria parasite and its host.
URI: http://hdl.handle.net/10362/56913
Designação: A dissertation submitted to obtain a Doctor of Phylosophy degree in Biomedical Sciences, Parasitology speciality.
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