Dinâmica mutacional e epigenética do genoma de candida albicans durante evolução in vitro sob hipóxia e choque térmico
| Ano de defesa: | 2016 |
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| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
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| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
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| País: |
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | https://sucupira.capes.gov.br/sucupira/public/consultas/coleta/trabalhoConclusao/viewTrabalhoConclusao.jsf?popup=true&id_trabalho=4236856 http://repositorio.unifesp.br/handle/11600/46395 |
Resumo: | The commensal fungus Candida albicans colonizes several niches in the human body and is part of the microbiota of healthy individuals. It is also an opportunistic pathogen and causative agent of superficial and systemic infections in immunocompromised hosts, with a high mortality rate. To effectively colonize or infect a host, these fungi must adapt to physical constraints in the human body, such as its low oxygen tension (hypoxia, 5%CO2), and temperature (37°C heat shock). Previous studies have demonstrated that the genetic variability of C. albicans isolates is an important adaptive mechanism, although little is known about the effect of environmental conditions on their mitochondrial genomes. To simulate the physical environmental factors affecting C. albicans, two strains, SC5314 and L757, were subjected to an in vitro evolution scheme under hypoxia and 37°C for up to 48 weeks in order to evaluate the synergistic effect of oxygen tension and temperature on C. albicans mitochondrial genome (mtDNA). Sequencing of mitochondrial fragments over different periods (6, 12, 24 and 48 weeks) of strain SC5314 or sequencing the complete mitochondrial genome of both strains after 12 weeks grown in non-fermentative medium (GTH12) showed no sequence variation and/or lesions in mtDNA sequences, which kept their integrity even after 48 weeks. Under these different conditions, the mtDNA copy number mean values were invariant (nonsignificant differences in mean and variance). On the other hand, sequencing of nuclear gene fragments of strain SC5314 showed loss of heterozygosity after 48 weeks, on samples cultured in normoxia (normal oxygen tension) and 28°C (GVN48) and at 37 °C and hypoxia (DTH48). In addition, sequencing of the complete nuclear genome of strain SC5314 GTH12, revealed microvariations as compared to the same strain before in vitro evolution, with at least 155 variable alleles involved with regulatory processes and pathogenicity (adhesion and hyphal growth), including 19 involved in mitochondrial functions. Although we have not identified sequence changes in the mtDNA during in vitro evolution, we have described, for the first time, the whole mitochondrial genome methylation map of C. albicans. Our results indicate that environmental conditions, such as continuous exposure to hypoxia and 37°C affect the methylation patterns in a strain-specific manner, therefore providing a clue on how C. albicans employs epigenetic mechanisms for its survival in mammalian hosts. |
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Dinâmica mutacional e epigenética do genoma de candida albicans durante evolução in vitro sob hipóxia e choque térmicoMutational and epigenetic dynamics of Candida albicans genome during in vitro evolution under hypoxia and heat shockCandida albicansMethylationCandida albicansMetilomaThe commensal fungus Candida albicans colonizes several niches in the human body and is part of the microbiota of healthy individuals. It is also an opportunistic pathogen and causative agent of superficial and systemic infections in immunocompromised hosts, with a high mortality rate. To effectively colonize or infect a host, these fungi must adapt to physical constraints in the human body, such as its low oxygen tension (hypoxia, 5%CO2), and temperature (37°C heat shock). Previous studies have demonstrated that the genetic variability of C. albicans isolates is an important adaptive mechanism, although little is known about the effect of environmental conditions on their mitochondrial genomes. To simulate the physical environmental factors affecting C. albicans, two strains, SC5314 and L757, were subjected to an in vitro evolution scheme under hypoxia and 37°C for up to 48 weeks in order to evaluate the synergistic effect of oxygen tension and temperature on C. albicans mitochondrial genome (mtDNA). Sequencing of mitochondrial fragments over different periods (6, 12, 24 and 48 weeks) of strain SC5314 or sequencing the complete mitochondrial genome of both strains after 12 weeks grown in non-fermentative medium (GTH12) showed no sequence variation and/or lesions in mtDNA sequences, which kept their integrity even after 48 weeks. Under these different conditions, the mtDNA copy number mean values were invariant (nonsignificant differences in mean and variance). On the other hand, sequencing of nuclear gene fragments of strain SC5314 showed loss of heterozygosity after 48 weeks, on samples cultured in normoxia (normal oxygen tension) and 28°C (GVN48) and at 37 °C and hypoxia (DTH48). In addition, sequencing of the complete nuclear genome of strain SC5314 GTH12, revealed microvariations as compared to the same strain before in vitro evolution, with at least 155 variable alleles involved with regulatory processes and pathogenicity (adhesion and hyphal growth), including 19 involved in mitochondrial functions. Although we have not identified sequence changes in the mtDNA during in vitro evolution, we have described, for the first time, the whole mitochondrial genome methylation map of C. albicans. Our results indicate that environmental conditions, such as continuous exposure to hypoxia and 37°C affect the methylation patterns in a strain-specific manner, therefore providing a clue on how C. albicans employs epigenetic mechanisms for its survival in mammalian hosts.O fungo comensal Candida albicans coloniza diversos nichos no corpo humano e é componente da microbiota de diversos indivíduos saudáveis, no entanto, é também um patógeno oportunista que causa infecções de mucosas ou infecções sistêmicas em hospedeiros imunocomprometidos, com alta taxa de mortalidade. Para colonizar ou infectar com eficiência um hospedeiro, esses fungos precisam se adaptar às condições encontradas no corpo humano, onde a tensão de oxigênio é menor que a atmosférica (hipóxia, 5% CO2), e a temperatura é de aproximadamente 37°C, que desencadeia no fungo a resposta celular ao choque térmico. Um dos mecanismos de adaptação dessa espécie é o desenvolvimento de alta variabilidade genética no seu genoma nuclear, que lhe confere vantagens adaptativas principalmente quanto ao seu metabolismo e virulência. No entanto, pouco se sabe sobre os efeitos das condições ambientais em seu genoma mitocondrial. Com o intuito de simularmos os fatores ambientais que afetam C. albicans, cultivamos duas linhagens de C. albicans, SC5314 e L757, sob hipóxia e 37°C por até 48 semanas, com o intuito de avaliarmos o efeito concomitante da tensão de oxigênio e temperatura sobre o DNA mitocondrial (mtDNA) desse fungo. O sequenciamento de fragmentos mitocondriais ao longo de diferentes tempos (6, 12, 24 e 48 semanas) de SC5314 ou do genoma mitocondrial completo das duas linhagens após 12 semanas em meio não fermentativo (GTH12) não mostrou polimorfismos e/ou lesões nas sequências de mtDNA, que manteve sua integridade mesmo após 48 semanas de evolução in vitro. O número de cópias de mtDNA teve variações sutis e se manteve estável entre as linhagens nas diferentes condições e tempos. Por outro lado, o sequenciamento de fragmentos de genes nucleares de SC5314 mostrou perda de heterozigose após 48 semanas, tanto em amostras cultivadas em condições normais de oxigênio (normóxia) e 28°C (GVN48) quanto a 37°C e hipóxia (DTH48). Ainda, o sequenciamento do genoma nuclear completo da linhagem SC5314 GTH12, apresentou microvariações em relação à linhagem no tempo zero, com pelo menos 155 alelos variáveis, incluindo 19 envolvidos com funções mitocondriais e os demais envolvidos principalmente com processos regulatórios celulares e mecanismos de patogenicidade, como adesão e formação de hifas. Embora não tenhamos identificado alterações nas sequências do mtDNA durante a evolução in vitro, neste trabalho caracterizamos pela primeira vez o metiloma mitocondrial de C. albicans. Nossos resultados indicam que condições ambientais, como exposição contínua à hipóxia e 37°C, podem influenciar seu padrão de metilação de uma maneira linhagem-específica, indicando que C. albicans usa mecanismos epigenéticos para sobrevivência e adaptação ao seu hospedeiro.Dados abertos - Sucupira - Teses e dissertações (2013 a 2016)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)FAPESP: 2013/084570FAPESP: 2013/078380Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)Briones, Marcelo Ribeiro da Silva [UNIFESP]http://lattes.cnpq.br/0018992452321910http://lattes.cnpq.br/9031953579892121Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)Bartelli, Thais Fernanda [UNIFESP]2018-07-27T15:50:09Z2018-07-27T15:50:09Z2016-08-31info:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersion159 f.application/pdfhttps://sucupira.capes.gov.br/sucupira/public/consultas/coleta/trabalhoConclusao/viewTrabalhoConclusao.jsf?popup=true&id_trabalho=4236856BARTELLI, Thais Fernanda. Dinâmica mutacional e epigenética do genoma de candida albicans durante evolução in vitro sob hipóxia e choque térmico. 2016. 159 f. Tese (Doutorado em Microbiologia e Imunologia) - Escola Paulista de Medicina, Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP), São Paulo, 2016.THAIS FERNANDA BARTELLI - PDF A.pdfhttp://repositorio.unifesp.br/handle/11600/46395ark:/48912/001300001pbw0porSão Pauloinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UNIFESPinstname:Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)instacron:UNIFESP2024-08-06T17:11:24Zoai:repositorio.unifesp.br:11600/46395Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.unifesp.br/oai/requestbiblioteca.csp@unifesp.bropendoar:34652024-08-06T17:11:24Repositório Institucional da UNIFESP - Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)false |
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The commensal fungus Candida albicans colonizes several niches in the human body and is part of the microbiota of healthy individuals. It is also an opportunistic pathogen and causative agent of superficial and systemic infections in immunocompromised hosts, with a high mortality rate. To effectively colonize or infect a host, these fungi must adapt to physical constraints in the human body, such as its low oxygen tension (hypoxia, 5%CO2), and temperature (37°C heat shock). Previous studies have demonstrated that the genetic variability of C. albicans isolates is an important adaptive mechanism, although little is known about the effect of environmental conditions on their mitochondrial genomes. To simulate the physical environmental factors affecting C. albicans, two strains, SC5314 and L757, were subjected to an in vitro evolution scheme under hypoxia and 37°C for up to 48 weeks in order to evaluate the synergistic effect of oxygen tension and temperature on C. albicans mitochondrial genome (mtDNA). Sequencing of mitochondrial fragments over different periods (6, 12, 24 and 48 weeks) of strain SC5314 or sequencing the complete mitochondrial genome of both strains after 12 weeks grown in non-fermentative medium (GTH12) showed no sequence variation and/or lesions in mtDNA sequences, which kept their integrity even after 48 weeks. Under these different conditions, the mtDNA copy number mean values were invariant (nonsignificant differences in mean and variance). On the other hand, sequencing of nuclear gene fragments of strain SC5314 showed loss of heterozygosity after 48 weeks, on samples cultured in normoxia (normal oxygen tension) and 28°C (GVN48) and at 37 °C and hypoxia (DTH48). In addition, sequencing of the complete nuclear genome of strain SC5314 GTH12, revealed microvariations as compared to the same strain before in vitro evolution, with at least 155 variable alleles involved with regulatory processes and pathogenicity (adhesion and hyphal growth), including 19 involved in mitochondrial functions. Although we have not identified sequence changes in the mtDNA during in vitro evolution, we have described, for the first time, the whole mitochondrial genome methylation map of C. albicans. Our results indicate that environmental conditions, such as continuous exposure to hypoxia and 37°C affect the methylation patterns in a strain-specific manner, therefore providing a clue on how C. albicans employs epigenetic mechanisms for its survival in mammalian hosts. |
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