Candida albicans 5’-3’-ectonucleotidase in the regulation of NETs

Abstract

Candida albicans é um organismo comensal que coexiste com o hospedeiro, fazendo parte da microbiota. Quando o sistema imune de um hospedeiro fica comprometido, C. albicans torna-se oportunista e capaz de causar infeções sistémicas, como candidíase invasiva, que pode levar à morte. O mecanismo de defesa do hospedeiro contra microrganismos é o sistema imunitário. Neutrófilos, a primeira linha de defesa contra invasores, são células imunes inatas cuja função é impedir a progressão de uma infeção. Estratégias como a fagocitose são usadas neste sentido, contudo este trabalho focou-se na libertação de NETs. Estas estruturas consistem em DNA coberto de proteínas antimicrobianas, capazes de capturar e matar microrganismos, tal como C. albicans. Já foi descoberto que C. albicans consegue induzir a formação destas estruturas e que este fungo desenvolveu os seus próprios mecanismos de defesa contra o sistema imunitário. C. albicans tem uma enzima, 5’-3’- ectonucleotidase, capaz de degradar DNA extracelular presente nas NETs, o que permite ao microrganismo escapar e proliferar. Para além desta destruição direta de NETs, este estudo propõe uma relação indireta entre a enzima 5’-ectonucleotidase (CD73), presente no sistema purinérgico de todas as células e capaz de produzir adenosina, uma molécula anti-inflamatória, e a inibição da produção de NETs. A formação de NETs foi observada e quantificada para neutrófilos derivados da medula óssea de ratinhos, que apresentavam, ou não, atividade CD73. Os resultados mostraram diferenças significativas na produção de NETs, o que poderá demostrar a importância de CD73. Para além disto, foi testada a expressão de genes com RT-qPCR, o que originou resultados preliminares sobre a filamentação de C. albicans e as vias de sinalização para a formação de NETs. Estes resultados permitem uma melhor compreensão das interações entre o sistema imune e C. albicans.

Candida albicans is a commensal microorganism that lives in harmony with the host’s microbiota. However, in debilitated or immunocompromised individuals, C. albicans turns into an opportunistic pathogen capable of causing systemic infections, such as invasive candidiasis, that can lead to death. This fungus is responsible for around 400,000 systemic infections worldwide, each year. The host’s defense mechanisms against pathogens rely on the innate and adaptive immune systems. Being part of the first line of defense, neutrophils are innate immune cells responsible for the uptake and destruction of invaders. Several strategies are employed in this defense but this work was focused on the release of neutrophil extracellular traps (NETs). These traps consist of DNA strands mixed with antimicrobial proteins and their main function is to capture and kill pathogens, such as C. albicans. It has already been shown that C. albicans induces the formation of NETs and that the microorganism has developed its own defense mechanisms against the immune system. Previously, it was also shown that C. albicans has an enzyme, 5’-3’-ectonucleotidase, described as being capable of degrading the extracellular DNA that makes up NETs, allowing the escape and proliferation of the pathogen. Besides this direct escape, this study proposes an indirect relationship between host 5’-ectonucleotidase (CD73), a purinergic system’s enzyme that produces adenosine, an anti-inflammatory molecule, and the inhibition of NET production. Mouse bone marrow neutrophils from wild type and knockout for CD73 were studied. The formation of NETs was observed and quantified and the results showed significant differences in the NET production, which may demonstrate the importance of CD73 activity. Besides, gene expression was tested using RT-qPCR, originating preliminary results for the filamentation of C. albicans and the signaling pathways of NET release. These results help to better understand the relationship between the innate immune system and C. albicans.