Czy sertralina to przyszłość terapii przeciwgrzybiczej?
Sertralina, znany lek przeciwdepresyjny, wykazuje obiecujące działanie przeciwgrzybicze w leczeniu dermatofitoz, których głównym czynnikiem etiologicznym jest Trichophyton rubrum. Infekcje grzybicze stanowią poważny problem zdrowotny, szczególnie wśród osób z obniżoną odpornością, a ich leczenie często jest długotrwałe, kosztowne i obarczone ryzykiem rozwoju oporności. Ograniczona liczba dostępnych leków przeciwgrzybiczych oraz niewielka liczba komórkowych punktów uchwytu dla tych związków dodatkowo komplikuje terapię. W tym kontekście, repurposing sertraliny (SRT) jako środka przeciwgrzybiczego jawi się jako interesująca strategia terapeutyczna, zarówno w monoterapii, jak i w kombinacji z innymi lekami przeciwgrzybiczymi.
Przeciwgrzybicze właściwości sertraliny zostały po raz pierwszy opisane w 2001 roku, kiedy zaobserwowano, że pacjentki z przedmiesiączkowym zaburzeniem dysforycznym i nawracającą kandydozą sromu i pochwy, leczone sertraliną, doświadczyły ustąpienia objawów obu schorzeń. Dalsze badania potwierdziły, że SRT wykazuje szerokie spektrum działania przeciwgrzybiczego przeciwko różnym patogenom, w tym Candida albicans, C. glabrata, C. tropicalis i Cryptococcus neoformans. U ssaków SRT blokuje transporter 5-hydroksytryptaminy, hamując wychwyt zwrotny serotoniny. W przypadku drożdżaków, SRT działa na błony fosfolipidowe kwaśnych organelli, blokuje translację, hamując syntezę białek, a także utrudnia przejście z formy drożdżowej w strzępkową, redukując tworzenie biofilmu i powodując znaczne uszkodzenia błony komórkowej. Zrozumienie złożonych mechanizmów działania SRT na T. rubrum oraz sposobu, w jaki ten dermatofit reaguje na lek, jest kluczowe dla jego skutecznego zastosowania klinicznego.
- Sertralina wykazuje szerokie spektrum działania przeciwgrzybiczego, szczególnie przeciwko Trichophyton rubrum
- Lek działa poprzez:
\- blokowanie błon fosfolipidowych
\- hamowanie syntezy białek
\- utrudnianie tworzenia biofilmu
\- powodowanie uszkodzeń błony komórkowej - Pierwsze obserwacje przeciwgrzybiczego działania sertraliny pochodzą z 2001 roku, gdy zaobserwowano ustąpienie objawów kandydozy u pacjentek leczonych tym lekiem
Jak wpływa sertralina na mechanizmy adaptacyjne grzybów?
Badacze zidentyfikowali szereg czynników przyczyniających się do adaptacji T. rubrum na działanie leków, w tym alternatywne składanie pre-mRNA (AS) – potranskrypcyjny mechanizm regulacyjny, który generuje różne cząsteczki mRNA z pojedynczego genu. AS zwiększa różnorodność białek i produkcję niekodującego RNA w odpowiedzi na warunki środowiskowe, takie jak ekspozycja na leki czy dostępność składników odżywczych. Retencja intronów (IR) jest najczęstszym zdarzeniem AS u T. rubrum i innych grzybów. Kinazy białkowe, w tym kinazy serynowo-arginylowe (CMGC/SRPK), odgrywają kluczową rolę w adaptacji grzybów, uczestnicząc w fosforylacji białek serynowo-arginylowych, co jest istotne dla konstytutywnego składania i AS.
W przeprowadzonym badaniu analizowano globalne zmiany zdarzeń AS w transkryptach T. rubrum hodowanego w obecności subinhibicyjnych stężeń SRT, ze szczególnym uwzględnieniem modulacji zdarzeń IR w transkryptach SRPK (gen TERG\_07061). Naukowcy wykorzystali dane RNA-seq z bazy Gene Expression Omnibus (numer dostępu: GSE218521) do wykrywania zdarzeń AS w T. rubrum hodowanym w obecności SRT. Odczyty sekwencjonowania zostały dopasowane do genomu referencyjnego T. rubrum przy użyciu programu STAR, a pakiet ASpli został wykorzystany do identyfikacji zdarzeń AS. Szczep T. rubrum CBS118892, pochodzący od pacjenta z grzybicą paznokci, hodowano na agarze z ekstraktem słodowym przez 21 dni w 28°C, a następnie poddano działaniu subletanej dawki SRT (70 mg/L) lub hodowano bez leku (kontrola) przez 3 i 12 godzin.
Analiza transkryptomu T. rubrum wykazała 1346 i 2853 genów różnicowo ekspresjonowanych (DEG) odpowiednio po 3 i 12 godzinach ekspozycji na SRT, przy czym 1021 genów wykazywało różnicową ekspresję niezależnie od czasu hodowli. Zdarzenia AS zidentyfikowano w 289 i 690 genach odpowiednio po 3 i 12 godzinach ekspozycji na lek, z czego 145 genów nie wykazywało zależności czasowej. Około 21-24% wszystkich DEG wykazywało jednocześnie zdarzenia AS. Co interesujące, indukcja różnicowej ekspresji genów prowadziła do obniżenia regulacji zdarzeń AS i odwrotnie – trend ten utrzymywał się w genach związanych z opornością wielolekową, czynnikach transkrypcyjnych i genie zaangażowanym w inicjację translacji eukariotycznej.
IR okazała się najczęstszym zdarzeniem AS u T. rubrum hodowanego w obecności SRT, przy czym zdarzenia te występowały głównie po 12 godzinach ekspozycji, z ponad 1000 wykrytymi przypadkami. Po 3 godzinach prawie 100% wszystkich zdarzeń AS stanowiły zdarzenia typu IR. Zaobserwowano również dużą proporcję genów kodujących kinazy białkowe wśród genów różnicowo ekspresjonowanych – 63 geny po 3 godzinach i 132 po 12 godzinach ekspozycji na SRT. Łącznie 16 transkryptów kodujących kinazy białkowe uległo AS po 3 godzinach, a 41 po 12 godzinach w porównaniu z kontrolą bez SRT, przy czym niektóre geny wykazywały więcej niż jedno zdarzenie AS.
Gen TERG\_07061, kodujący kinazę białkową CMGC/SRPK, wykazał szczególne zachowanie wśród genów kodujących kinazy białkowe. Dane RNA-seq ujawniły, że ekspresja tego genu była hamowana w odpowiedzi na ekspozycję na SRT, podczas gdy IR3 (retencja intronu 3) była indukowana po 3 i 12 godzinach ekspozycji na lek. Ekspresję genu potwierdzono za pomocą RT-qPCR, a poziomy wariantu IR3 były znacząco wyższe po 12 godzinach ekspozycji na SRT niż w kontroli bez leku. Zwykle przetwarzanie genu TERG\_07061 prowadzi do powstania mRNA o długości 1203 par zasad, co daje pojedynczą izoformę białka o 400 aminokwasach. Kiedy intron 3 zostaje zatrzymany, generowany jest przedwczesny kodon stop (UAA) w pozycji 997-999 nukleotydów od kodonu start, co skutkuje powstaniem alternatywnej izoformy o 333 aminokwasach.
Wykorzystując bazę danych InterPro, która ułatwia funkcjonalną analizę białek poprzez klasyfikację do rodzin i przewidywanie domen oraz kluczowych miejsc, badacze stwierdzili, że izoforma IR3 zachowuje wszystkie domeny białkowe CMGC/SRPK, jednak zaobserwowano zmiany w domenie transferazy (fosfotransferazy), która straciła część swojego regionu terminalnego. Dopasowanie domen kinazy białkowej obu izoform (konwencjonalnej i IR3) wskazuje na idealną identyczność aż do regionu C-końcowego, gdzie aminokwasy izoformy IR3 odpowiadają części intronu 3. Te zmiany strukturalne mogą wpływać na zdolność interakcji z substratem lub pełnić funkcje regulacyjne.
Zdarzenia AS są związane z wieloma procesami biologicznymi, w tym z rozwojem, opornością na leki, adaptacją do stresu biotycznego i abiotycznego, odpowiedzią na zmiany pH i wirulencją. IR indukuje zarówno adaptację, jak i oporność na leki poprzez modulowanie ekspresji genów, tworzenie różnorodności proteomicznej i ułatwianie szybkich zmian fenotypowych. Niektóre izoformy są aktywne tylko w warunkach stresu wywołanego lekiem, pomagając organizmowi przystosować się poprzez wykorzystanie alternatywnych szlaków metabolicznych. W badaniu zaobserwowano modulację zdarzeń AS w transkryptach związanych z opornością wielolekową i czynnikach transkrypcyjnych, co odzwierciedla złożone mechanizmy rozwinięte przez grzyby w celu adaptacji do stresu wywołanego lekiem.
- Po ekspozycji na sertralinę zaobserwowano:
\- 1346 genów różnicowo ekspresjonowanych po 3 godzinach
\- 2853 genów różnicowo ekspresjonowanych po 12 godzinach - Retencja intronów (IR) jest głównym mechanizmem adaptacyjnym:
\- stanowi prawie 100% wszystkich zdarzeń AS po 3 godzinach
\- występuje w ponad 1000 przypadkach po 12 godzinach - Szczególnie istotna jest modulacja genu TERG\_07061, którego ekspresja jest hamowana przez sertralinę, co może być kluczowe dla działania przeciwgrzybiczego
Czy RNA-seq otwiera nowe perspektywy badawcze?
Modulacja AS w celu przezwyciężenia stresu lekowego została wcześniej zidentyfikowana w C. albicans, porównując izolaty oporne i wrażliwe na azole poprzez analizę RNA-Seq. W S. cerevisiae IR reguluje przeżycie komórek w warunkach głodu, podkreślając znaczenie tego mechanizmu w środowiskach pozbawionych składników odżywczych. Wcześniejsze badania wykazały, że kinaza białkowa kodowana przez gen PAKA/STE20, która odgrywa kluczową rolę w transdukcji sygnału kinazy białkowej aktywowanej mitogenem, zatrzymuje intron 1 po ekspozycji na kwas undekanowy. Ponadto wykazano, że modulacja AS w genach kodujących białka szoku cieplnego ułatwia adaptację do różnych czynników stresowych.
Wyniki badania podkreślają rolę czasu ekspozycji na SRT w częstości występowania zdarzeń AS u T. rubrum – im dłuższy czas ekspozycji, tym większa liczba genów wykazujących zdarzenia AS, co może być związane z adaptacją grzyba do leku. Ustalenia te ujawniają potencjał ukierunkowania na zdarzenia składania w terapii przeciwgrzybiczej, torując drogę do opracowania nowych leków przeciwgrzybiczych. Zasugerowano, że indukcja izoformy SRPK IR3 w T. rubrum w odpowiedzi na SRT jest strategią adaptacyjną mającą na celu przeciwdziałanie represji tego genu spowodowanej przez lek. Represja ta prawdopodobnie wyzwala aktywację alternatywnych ścieżek, takich jak ekspresja niekanonicznych izoform zintegrowanych w sieć regulacyjną, która utrzymuje równowagę komórkową i homeostazę. W konsekwencji, selektywna produkcja izoform leży u podstaw specyficznych funkcji komórkowych w odpowiedzi na różne bodźce.
Jednakże, izoforma SRPK IR3 koduje domniemaną kinazę, która traci część domeny fosfotransferazy, co prawdopodobnie zmienia jej strukturę trójwymiarową i wpływa na zdolność do interakcji z substratem. Alternatywnie, izoforma SRPK IR3 może być zaangażowana w funkcje regulacyjne. Na przykład, IR jest niezbędna dla akumulacji mRNA niektórych genów w C. neoformans. Regulacja IR mogłaby również być strategią dostosowania ekspresji genów do zmian środowiskowych, wspierającą przeżycie i proliferację patogenu w różnych warunkach.
Podsumowując, SRT wpływa zarówno na zdarzenia transkrypcyjne, jak i potranskrypcyjne w T. rubrum. Badanie ujawniło modulację zdarzeń AS, szczególnie IR, w kilku genach T. rubrum w odpowiedzi na SRT. To odkrycie, wraz z obserwacją, że liczba zdarzeń AS wzrasta wraz z czasem ekspozycji na lek, oraz że niektóre geny jednocześnie podlegają modulacji AS i ekspresji, stanowi obiecujący obszar do dalszej eksploracji. SRT nie indukuje tych zdarzeń AS bezpośrednio; raczej są one modulowane przez jego obecność, prawdopodobnie jako mechanizm adaptacyjny. Badanie potwierdziło istnienie nowej izoformy genu SRPK zawierającej IR3, chociaż nie ma dowodów na to, że potencjalne białko byłoby funkcjonalne. Jednakże, izoforma ta mogłaby pełnić odrębne funkcje, takie jak regulacja genów lub zmieniona aktywność kinazy, w porównaniu z izoformą konwencjonalną. Odkrycie to podkreśla potrzebę dalszych badań w celu lepszego zrozumienia potencjalnych implikacji izoform ujawnionych przez analizę RNA-seq, co może prowadzić do opracowania nowych strategii terapeutycznych przeciwko dermatofitom.
Podsumowanie
Sertralina (SRT) wykazuje znaczący potencjał jako lek przeciwgrzybiczny, szczególnie w leczeniu dermatofitoz powodowanych przez Trichophyton rubrum. Badania wykazały, że lek wpływa na mechanizmy adaptacyjne grzybów poprzez modulację alternatywnego składania pre-mRNA (AS), z retencją intronów (IR) jako dominującym wydarzeniem. Po ekspozycji na SRT zaobserwowano 1346 i 2853 genów różnicowo ekspresjonowanych odpowiednio po 3 i 12 godzinach. Szczególną uwagę zwrócono na gen TERG\_07061 kodujący kinazę białkową CMGC/SRPK, którego ekspresja była hamowana w odpowiedzi na SRT. Badania RNA-seq ujawniły złożone mechanizmy adaptacyjne T. rubrum w odpowiedzi na lek, otwierając nowe możliwości w rozwoju terapii przeciwgrzybiczych.
Bibliografia
Rocha Carlos H. Lopes, Galvão Rocha Flaviane M., Sanches Pablo R., Rossi Antonio and Martinez-Rossi Nilce M.. The Antidepressant Sertraline Modulates Gene Expression and Alternative Splicing Events in the Dermatophyte
