Dilucidación de la función del factor de ADP-ribosilación Arf3 en la fusión mitocondrial y virulencia mediada por rizoferrina en Mucor lusitanicus

Abstract

Mucor lusitanicus is a biological model for understanding the molecular basis of mucormycosis, a low incidence but lethal infection has been associated with severe cases of COVID-19. M. lusitanicus is a dimorphic fungus, whose spores are capable of growing as yeast or mycelium depending on growth conditions. The yeast has a non-virulent phenotype, associated with fermentative metabolism; mycelium, on the other hand, is considered the virulent stage when associated with the increase of mitochondrial oxidative metabolism (MOM). The synthesis of the siderophore rizoferrin, which involves the enzyme Rfs (rizoferrin synthetase), depends of MOM. This siderophore is considered a secretable virulence factor of M. lusitanicus. It has been demonstrated that Arf proteins are crucial in the biogenesis of vesicles, which participate in cellular processes such as secretion and formation of organelles like mitochondria. It was described by our working group that as well as the mutant strain in the arf3 gene (Δarf3), the overexpression of the rfs gene in the wild-type strain (WT), showed a more virulent phenotype than the WT strain. The aim of this work was to know possible regulation of the arf3 gene product in the virulence conferred by rhizoferrin. Toxicity assays in Caenorhabditis elegans with the post-culture cell-free supernatant (SS) obtained from the double mutant strain in the arf3 and rfs genes (Δarf3/Δrfs), revealed the abrogation of both SSs toxicity and rhizoferrin secretion, contrary to what was observed in the Δarf3 strain. Furthermore, overexpression of the dnm1 gene (which induces the mitochondrial fission process) in the Δarf3 strain resulted in the decrease of both SS toxicity, as well as oxygen consumption and OH.- production.

Mucor lusitanicus es un modelo biológico para comprender las bases moleculares de la mucormicosis, infección de baja incidencia, pero letal, la cual se ha asociado con casos graves de COVID-19. M. lusitanicus es un hongo dimórfico, cuyas esporas son capaces de crecer como levadura o micelio dependiendo de las condiciones de crecimiento. La levadura es de fenotipo no virulento, asociada a un metabolismo fermentativo; en cambio, el micelio es considerado como el estadio virulento cuando está asociado al incremento del metabolismo oxidativo mitocondrial (MOM). La síntesis del sideróforo rizoferrina, que involucra la participación de la enzima Rfs (rizoferrina sintetasa), depende del MOM. Este sideróforo es considerado un factor de virulencia secretable de M. lusitanicus. Se ha demostrado que las proteínas Arf son cruciales en la biogénesis de vesículas, las cuales participan en procesos celulares como la secreción la formación de organelos como la mitocondria. Se describió por nuestro grupo de trabajo que al igual que la cepa mutante en el gen arf3 (Δarf3), la sobreexpresión del gen rfs en la cepa silvestre (WT), mostró un fenotipo más virulento que la cepa WT. El objetivo de este trabajo fue conocer posible regulación del producto del gen arf3 en la virulencia conferida por rizoferrina. Mediante ensayos de toxicidad en Caenorhabditis elegans empleando el sobrenadante libre de células postcultivo (SS) de la cepa doble mutante en los genes arf3 y rfs (Δarf3/Δrfs), se observó la anulación tanto de la toxicidad del SS como de la secreción de rizoferrina, contrario a lo observado en la mutante sencilla Δarf3. Además, la sobreexpresión del gen dnm1 (que induce el proceso de fisión mitocondrial) en la cepa Δarf3, produjo la disminución de la toxicidad del SS, así como del consumo de oxígeno y la producción de OH.-.