Paracoccidioides brasiliensis: study of the sexual cycle

Abstract

The thermodimorphic fungal pathogen Paracoccidioides brasiliensis is the etiological agent of paracoccidioidomycosis, one of the most prevalent systemic mycoses endemic in Latin America, occurring mainly in Brazil, Colombia and Venezuela. The morphological transformation of P. brasiliensis is characterized by the existence of two different morphological forms: a mycelium/conidial form that is present at environmental temperatures (below 25°C); and a multiple budding yeast form, present at temperatures of the mammalian host (37°C). The sexual cycle in P. brasiliensis has not been observed in nature or laboratory conditions. Nevertheless, in the present study, we detected low expression levels of mating-related genes, such as α-pheromone, α and a-pheromone receptors (PREB and PREA), and heterothallic mating loci (MAT1-1 and MAT1-2), in yeast and mycelial forms, and verified that heterothallic strains of opposite mating-types are able to express α- pheromone, and both pheromone receptors. In order to further evaluate the functional activity of mating-related genes, particularly α-pheromone and its cognate receptor (PreB), we took advantage of the heterologous expression of these P. brasiliensis genes in the corresponding Saccharomyces cerevisiae null mutants. Through several functional tests, including cell cycle arrest and shmoo formation, we showed that S. cerevisiae strains heterologously expressing PREB respond to synthetic α-pheromone of P. brasiliensis. In addition, mating ability of S. cerevisiae non-fertile strains was restored by the expression of PREB or α-pheromone in the corresponding null mutants. In general, this study demonstrates novel evidences for the existence of a functional mating signaling system in P. brasiliensis.

O fungo patogénico termodimórfico Paracoccidioides brasiliensis é o agente etiológico da paracoccidioidomicose, uma das mais prevalentes micoses sistémicas, endémica da América Latina, ocorrendo principalmente no Brasil, Colômbia e Venezuela. A transformação morfológica de P. brasiliensis é caracterizada pela existência de duas formas distintas: a temperaturas ambientais (25°C) existe sob a forma de micélio/conídeo; e a temperaturas do hospedeiro (37°C) sob forma de levedura. Apesar de ainda não ter sido observado a existência de ciclo sexual em P. brasiliensis, no presente estudo detetámos níveis de expressão de genes relacionados com a reprodução sexuada em diversos fungo, tais como, feromona-α, recetor da feromona α e a (PREB e PREA) e ainda o MAT locus (MAT1-1 e MAT1-2). Verificámos que estirpes heterotálicas, de tipos de acasalamento opostos, têm a capacidade de expressar a feromona-α e ambos os recetores. De forma a avaliar a atividade funcional de genes relacionados com a reprodução sexuada, particularmente a feromona-α e respetivo recetor (PreB), procedemos à expressão destes genes de P. brasiliensis em estirpes mutantes de Saccharomyces cerevisiae. Através de vários testes funcionais, incluindo paragem de ciclo celular e formação de shmoos, mostrámos que a estirpe de S. cerevisiae que expressa PREB tem a capacidade de responder à feromona-α sintética de P. brasiliensis. Para além disso, a capacidade de acasalamento de estirpes de S. cerevisiae não férteis foi restabelecida pela expressão heteróloga da feromona-α e PREB. Este estudo demonstra novas evidências para a existência de um sistema de sinalização de acasalamento funcional em P. brasiliensis.