In vitro evaluation of the anti-leishmanial activity and toxicity of PK11195

BACKGROUND Leishmaniasis, one of the most neglected diseases, is a serious public health problem in many countries, including Brazil. Currently available treatments require long-term use and have serious side effects, necessitating the development of new therapeutic interventions. Because translocator protein (TSPO) levels are reduced in Leishmania amazonensis-infected cells and because this protein participates in apoptosis and immunomodulation, TSPO represents a potential target for Leishmania chemotherapy. The present study evaluated PK11195, a ligand of this protein, as an anti-leishmanial agent. OBJECTIVE To evaluate the leishmanicidal activity of PK11195 against L. amazonensis in infected CBA mouse macrophages in vitro. METHODS The viability of axenic L. amazonensis, Leishmania major, and Leishmania braziliensis promastigotes was assessed after 48 h treatment with PK11195 (0.2-400 µM). Additionally, intracellular parasite viability was evaluated to determine IC50 values and the number of viable parasites in infected macrophages treated with PK11195 (50-100 µM). Infected macrophages were then treated with PK11195 (25-100 µM) to determine the percentage of L. amazonensis-infected cells and the number of parasites per infected cell. Electron microscopy was used to investigate morphological changes caused by PK11195. The production of free oxygen radicals, nitric oxide, and pro-inflammatory cytokines was also evaluated in infected macrophages treated with PK11195 and primed or not primed with IFN-γ. FINDINGS Median IC50 values for PK11195 were 14.2 µM for L. amazonensis, 8.2 µM for L. major, and 3.5 µM for L. braziliensis. The selective index value for L. amazonensis was 13.7, indicating the safety of PK11195 for future testing in mammals. Time- and dose-dependent reductions in the percentage of infected macrophages, the number of parasites per infected macrophage, and the number of viable intracellular parasites were observed. Electron microscopy revealed some morphological alterations suggestive of autophagy. Interestingly, MCP-1 and superoxide levels were reduced in L. amazonensis-infected macrophages treated with PK11195. MAIN CONCLUSIONS PK11195 causes the killing of amastigotes in vitro by mechanisms independent of inflammatory mediators and causes morphological alterations within Leishmania parasites, suggestive of autophagy, at doses that are non-toxic to macrophages. Thus, this molecule has demonstrated potential as an anti-leishmanial agent.

Estudo da contribuição da autofagia para a susceptibilidade por L. Amazonensis ou resistência por L. Major na infecção de macrófagos murinos da linhagem CBA / Study of the contribution of autophagy to susceptibility by L. Amazonensis or resistance by L. Major in the infection of murine macrophages of the CBA

INTRODUÇÃO: Macrófagos de camundongos CBA controlam a infecção por Leishmania major, no entanto, são permissivos à infecção por Leishmania amazonensis. Os estudos conduzidos, até o momento, sobre o papel desempenhado pela autofagia na infecção por Leishmania levaram a dados controversos. OBJETIVO: No presente trabalho, avaliamos se a resposta autofágica de macrófagos infectados pode ser responsável pela diferença no curso da infecção por essas duas espécies de Leishmania. MATERIAL e MÉTODOS e RESULTADOS: Inicialmente, demonstramos por qPCR e por análise de dados de microarranjos públicos que um número maior de genes relacionados à autofagia é modulado positivamente em células infectadas por L. amazonensis em comparação às infectadas L. major. Ingenuity Pathway Analysis (IPA) demonstrou modulação oposta dos genes relacionados à autofagia entre os macrófagos infectados com L. amazonensis daqueles infectados com L. major. Após 24 h de infecção, a relação LC3-II/Act é aumentada tanto em macrófagos infectados por L. amazonensis quanto nos infectados por L. major em comparação com controles não infectados, mas menos do que em células tratadas com cloroquina. Embora, os vacúolos parasitóforos induzidos por L. major tenham apresentado maior positividade para o marcador degradativo, DQBSA, o recrutamento de LC3 foi maior nos vacúolos parasitóforos induzidos por L. amazonensis. Interessantemente, tanto a indução farmacológica quanto a fisiológica da autofagia aumentaram a viabilidade intracelular de L. amazonensis e L. major, enquanto a inibição da autofagia não teve efeito sobre a viabilidade intracelular desses parasitas. Também demonstramos que a indução da autofagia reduziu a produção de NO por macrófagos infectados por L. amazonensis ou L. major, mas não alterou a atividade da arginase, A análise de componentes principais e agrupamento hierárquico de clusters discriminaram completamente os macrófagos infectados por L. major de células infectadas por L. amazonensis de acordo com a intensidade da infecção e características autofágicas dos vacúolos induzidos por essas duas cepas. CONCLUSÃO: Em conclusão, a infecção por L. amazonensis ou L. major, apesar de ativar similarmente o fluxo autofágico em macrófagos infectados e os parasitos terem sua viabilidade favorecida pela indução da autofagia, promove expressão diferenciada de genes relacionados à autofagia e interação distinta dos vacúolos parasitóforos com compartimentos autofágicos. Essas diferenças são capazes de separar completamente os macrófagos infectados por L. amazonensis daqueles por L. major

INTRODUCTION: CBA mouse macrophages (MΦ) control Leishmania major infection yet are permissive to Leishmania amazonensis. The role played by autophagy in Leishmania infection needs further investigation. OBJECTIVE: Thus, we assessed whether activation of autophagic pathway may account for differences in the response of infected MΦ to these two parasite strains. MATERIAL and METHODS and RESULTS: First, we demonstrated by qPCR and by analysis of publicly available microarray data that a greater number of autophagy-related genes (Atg) are positively modulated in cells infected by L. amazonensis compared to those infected by L. major. Ingenuity Pathway Analyses (IPA) demonstrated opposite modulation in genes in L. amazonensisand L. major-infected MΦ. After 24 h of infection, the autophagic flux measured by LC3-II/Act ratio was similarly increased in either L. amazonensis- or L. majorinfected MΦ compared to uninfected cells. Although L. major-induced parasitophorous vacuoles exhibited greater positivity for the degradative marker, DQ-BSA, LC3 recruitment was increased in L. amazonensis-induced parasitophorous vacuoles. Interestingly, autophagy induction enhanced intracellular L. amazonensis and L. major viability, although autophagy inhibition caused no effect on infection profile. We also demonstrated that autophagy induction reduced NO production by Leishmania-infected MΦ, yet did not alter arginase activity. Moreover, principal component analysis completely discriminated L. major-infected MΦ from L. amazonensis-infected cells regarding infection intensity and autophagic features of parasite-induced PV. CONCLUSION: In conclusion, infection by L. amazonensis or L. major, although similarly activates the autophagic flux in infected MΦ and the parasites have their viability favored by autophagy induction, these Leishmania species cause differentiated expression of Atg and distinct interaction of their parasitophorous vacuoles with autophagic vacuoles. These differences are capable to discriminate MΦ infected by L. amazonensis from those infected by L. major

Vacúolos parasitóforos induzidos por Leishmania amazonensis e Leishmania major interagem de forma distintacom a via autofágica / Parasitophorous vacuoles induced byLeishmania amazonensis and Leishmania major interact differently with the autophagic pathway

A Leishmania é um parasito intracelular obrigatório que vive e se multiplic adentro dos vacúolos parasitóforos em macrófagos no hospedeiro vertebrado. Apesar dos vacúolos induzidos por diferentes espécies de Leishmania apresentarem semelhanças bioquímicas, esses compartimentos apresentam diferenças significativas nos seus tamanhos. Os vacúolos parasitóforos induzidos por Leishmania mexicana e Leishmania amazonensis apresentam grandes dimensões e contêm uma grande quantidade de amastigotas, enquanto que os induzidos por Leishmania major e Leishmania donovani são pequenos e com pouco espaço ao redor das amastigotas. Estudos recentes demonstraram que compartimentos induzidos por microrganismos intracelulares são capazes de interagir com a via autofágica e esta pode controlar ou promover o estabelecimento da infecção a depender da natureza do microrganismo. Até o momento, poucos estudos foram realizados para avaliar o papel da autofagia na biogênese e maturação dos vacúolos parasitóforos induzidos por Leishmania. Recentemente, foi demonstrado que em macrófagos de camundongos BALB/c...

Leishmania is an intracellular parasite that lives and multiplies within parasitophorous vacuoles in macrophages in the vertebrate host. Despite the fact that vacuoles induced by different species of Leishmania present biochemical similarities, these compartments have significant differences in their sizes and composition. The parasitophorous vacuoles induced by Leishmania mexicana and Leishmania amazonensis are large and contain a large number of amastigotes, while vacuoles induced by Leishmania major and Leishmania donovani are small and tight. Recent studies have demonstrated that depending on the type of intracellular microorganism, the induced compartments can interact with the autophagic pathway and control or promote the establishment of infection. To date, few studies have been conducted to evaluate the role autophagic process plays in the biogenesis and maturation of parasitophorous vacuoles induced by Leishmania. Recently, it has been demonstrated that in macrophages of BALB/c...