Defining dihydroartemisinin-piperaquine resistance pathways in the malaria parasite

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Freitas, Bruno José Ferreira
Data de Publicação: 2024
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1822/92750
Resumo: Dissertação de mestrado em Ciências da Saúde
id RCAP_48a455093a6fc88fc2d8c33e1448c5e8
oai_identifier_str oai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/92750
network_acronym_str RCAP
network_name_str Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
repository_id_str https://opendoar.ac.uk/repository/7160
spelling Defining dihydroartemisinin-piperaquine resistance pathways in the malaria parasiteCRISPR-Cas9Edição genómicaMaláriaResistência a fármacosDrug resistanceGenome editingMalariaCiências Médicas::Ciências da SaúdeDissertação de mestrado em Ciências da SaúdeA terapia combinada à base de artemisinina (ACT) é o atual tratamento de primeira linha para a malária não complicada causada por Plasmodium falciparum. Neste tratamento de 3 dias, um derivado de artemisinina altamente eficiente, mas de ação rápida, é suplementado com uma droga de ação lenta e funcionalmente distinta para eliminar os parasitas restantes. Uma destas combinações é a dihidroartemisinina-piperaquina (DHA-PPQ), comumente implantada no Sudeste Asiático. Tal como acontece com outros antimaláricos, desenvolveu-se tolerância a esta combinação, ameaçando tanto o controlo como a profilaxia desta doença nesta região. Existem também preocupações crescentes relativamente à propagação desta tolerância a África, onde ocorrem 96% das mortes por malária. A nível molecular, a tolerância à artemisinina está associada a polimorfismos de nucleótido único no gene pfk13 de Plasmodium falciparum. Este gene codifica a proteína K13, uma proteína sinalizadora por ubiquitinação envolvida na regulação de várias vias do parasita, como a endocitose e o tráfego celular da hemoglobina dos eritrócitos do hospedeiro. Entre outros efeitos, estas mutações demonstraram diminuir a endocitose de hemoglobina pelo parasita. Como as artemisininas dependem do heme livre gerado durante a degradação da hemoglobina (como fonte de nutrientes para o parasita) para a sua ativação, estes mutantes apresentam ativação reduzida da droga, o que consequentemente diminui a eficácia do tratamento. A tolerância à piperaquina está associada a um aumento no número de cópias do gene pfpm2, que codifica as plasmepsinas II, proteases aspárticas envolvidas na degradação da hemoglobina. A sobre-expressão do gene pfpm2 pode aliviar o custo de fitness associado à degradação da hemoglobina resultante das mutações no gene pfk13. A combinação do número de cópias pfpm2 com SNPs no pfk13 foi encontrada em isolados clínicos, no entanto, o mecanismo exato e as implicações subjacentes a esta combinação ainda não são claros. Para obter um conhecimento mais profundo acerca destes marcadores moleculares de resistência e para explorar a potencial interação entre eles no aumento da resposta do parasita sob pressão seletiva das drogas, utilizamos o sistema CRISPR-Cas9 como uma ferramenta de engenharia genética. O nosso objetivo foi gerar linhas de parasitas recombinantes que combinassem SNPs no pfk13 e duplicações de pfpm2. No entanto, encontramos vários desafios durante a geração destes recombinantes e exploramos várias opções e alternativas para a solução destes problemas. O resultado da análise da resposta às drogas, do catabolismo da hemoglobina e do custo de fitness pode levar à revelação da complexa interação entre os fatores de resistência a DHA e a PPQ e à base molecular da resistência a múltiplas drogas.Artemisinin-based combination therapy (ACT) isthe current first-line treatment for uncomplicated malaria caused by Plasmodium falciparum. In this 3-day treatment, a highly efficient yet fast-acting artemisinin derivative is combined with a slow-acting and functionally distinct partner- drug to clear out the remaining parasites. One of these combinations is dihydroartemisinin-piperaquine (DHA-PPQ), commonly deployed in Southeast Asia. Similarly to other antimalarials, tolerance has developed for this combination, threatening both the control and prophylaxis of this disease in this region. There are also increasing concerns regarding the spread of this tolerance to Africa, where 96% of malaria deaths take place. On a molecular level, artemisinin tolerance is associated with single nucleotide polymorphisms (SNPs) in Plasmodium falciparum’s pfk13 gene, which encodes for the K13 protein, an ubiquitin signaling protein involved in the regulation of a multitude of pathways such as endocytosis and cellular trafficking of host hemoglobin. Among other effects, these mutations have shown to decrease hemoglobin uptake by the parasite. Because artemisinins rely on free heme generated during hemoglobin degradation (as a source of nutrients for the parasite) for their activation, these mutants experience reduced drug activation, which consequently decreases treatment effectiveness. Piperaquine tolerance is associated with an increased gene copy number of pfpm2, encoding for plasmepsins II, aspartic proteases involved in hemoglobin degradation. The overexpression of pfpm2 might alleviate the fitness cost associated with hemoglobin degradation resulting from K13 mutations. The combination of pfpm2 copy number with K13 SNPs has been found in clinical isolates, however, the exact mechanism and implications underlying this combination are still unclear. To gain deeper insights into these molecular markers of resistance and explore the potential interaction between them in enhancing the parasite’s drug response under selective drug pressure, we designed and employed the CRISPR-Cas9 system as a genetic engineering tool. Our objective was to generate recombinant parasite lines that combine pfk13 SNPs and pfpm2 duplications. However, we encountered several challenges during the generation of these recombinants and explored various troubleshooting options. The output of the analysis of drug response, hemoglobin catabolism and fitness cost can lead to the unveiling of the complex crosstalk among DHA and PPQ resistant factors and the molecular basis of multi-drug resistance.The work presented in this thesis was performed in the Life and Health Sciences Research Institute (ICVS), University of Minho. This work has been funded by National funds, through the Foundation for Science and Technology (FCT) - project UIDB/50026/2020 and UIDP/50026/2020 and by the projects, NORTE-01-0145-FEDER-000039 and NORTE-01-0145-FEDER- 085468, supported by Norte Portugal Regional Operational Programme (NORTE 2020), under the PORTUGAL 2020 Partnership Agreement, through the European Regional Development Fund (ERDF). By 2CA Braga 2020 grant to MIV and a Research Grant 2021 of the European Society of Clinical Microbiology and Infectious Diseases (ESCMID) to MIV.Veiga, Maria IsabelUniversidade do MinhoFreitas, Bruno José Ferreira2024-01-162024-01-16T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/1822/92750eng203658094info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2024-08-10T01:23:52Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/92750Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-28T18:47:38.635941Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
dc.title.none.fl_str_mv Defining dihydroartemisinin-piperaquine resistance pathways in the malaria parasite
title Defining dihydroartemisinin-piperaquine resistance pathways in the malaria parasite
spellingShingle Defining dihydroartemisinin-piperaquine resistance pathways in the malaria parasite
Freitas, Bruno José Ferreira
CRISPR-Cas9
Edição genómica
Malária
Resistência a fármacos
Drug resistance
Genome editing
Malaria
Ciências Médicas::Ciências da Saúde
title_short Defining dihydroartemisinin-piperaquine resistance pathways in the malaria parasite
title_full Defining dihydroartemisinin-piperaquine resistance pathways in the malaria parasite
title_fullStr Defining dihydroartemisinin-piperaquine resistance pathways in the malaria parasite
title_full_unstemmed Defining dihydroartemisinin-piperaquine resistance pathways in the malaria parasite
title_sort Defining dihydroartemisinin-piperaquine resistance pathways in the malaria parasite
author Freitas, Bruno José Ferreira
author_facet Freitas, Bruno José Ferreira
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Veiga, Maria Isabel
Universidade do Minho
dc.contributor.author.fl_str_mv Freitas, Bruno José Ferreira
dc.subject.por.fl_str_mv CRISPR-Cas9
Edição genómica
Malária
Resistência a fármacos
Drug resistance
Genome editing
Malaria
Ciências Médicas::Ciências da Saúde
topic CRISPR-Cas9
Edição genómica
Malária
Resistência a fármacos
Drug resistance
Genome editing
Malaria
Ciências Médicas::Ciências da Saúde
description Dissertação de mestrado em Ciências da Saúde
publishDate 2024
dc.date.none.fl_str_mv 2024-01-16
2024-01-16T00:00:00Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://hdl.handle.net/1822/92750
url https://hdl.handle.net/1822/92750
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.relation.none.fl_str_mv 203658094
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
instacron:RCAAP
instname_str FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
instacron_str RCAAP
institution RCAAP
reponame_str Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
collection Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
repository.name.fl_str_mv Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
repository.mail.fl_str_mv info@rcaap.pt
_version_ 1833597665885028352

Registros relacionados