Effect of dyskinetoplastic agents on ultrastructure and oxidative phosphorylation in Crithidia fasciculata

Ethidium bromide (EB) is an intercalating agent which binds specifically to the kinetoplast (mitochondrial) DNA (kDNA) of trypanosomatids. Accordingly, EB inhibits DNA replication, thus inducing dyskinetoplasty. Since in eukariotic organisms mitochondrial DNA encodes the genetic information for cytochromes b, aa3 and F0F1 ATPase, it seemed of interest to establish whether a similar effect occurs in Crithidia fasciculata, a trypanosomatid used for assay of potential trypanocidal drugs. Culturing of C. fasciculata in the presence of EB inhibited growth and induced dyskinetoplasty, as confirmed by electron microscopy. The kinetoplast of EB-cultured crithidia lost its characteristic arc shape, it was misplaced in the cell cytoplasm its matrix structure and membrane differentiation were specifically modified. Dyskinetoplasty decreased crithidia respiration and oxidative phosphorylation, as indicated by the lower ATP level, ATP/ADP ratio and adenylate energy charge. The interference of EB with kinetoplastic constituents synthesis was confirmed by the lack of action of EB on crithidia in the stationary phase of growth, that ruled out direct inhibition of oxidative phosphorylation enzymes. The lipophilic o-naphthoquinone beta-lapachone produced structural alterations in kinetoplast membranes, that correlated with inhibition of oxidative phosphorylation. These latter effects involved free radicals since they were prevented by free radical scavengers.

Efecto de orto-naftoquinonas lipofílicas sobre el crecimiento y la producción de peróxidos por Leptomonas seymouri y Crithidia fasciculata / Effect of lipophilic ortho-naphthoquinones on the growth and production of peroxides by Leptomonas seymouri and Crithidia fasciculata

Las §-naftoquinonas CG 8-935, CG 9-442, CG 10-248 y las mansonomas A, C, E y F inhiben el crecimiento de L. seymouri (LS) y C. fasciculata (CF). Las mansononas más activas fueron E y F (I50, 0.1 y 0.4 *M con LS y 0.3-1.2 *M con CF), con actividades citotóxicas iguales o superiores a las de las o-quinonas CG. La incubación de los protozoarios con las quinonas CG y las quinonas E y F indujo la producción de H2O2 y O2. Menor producción se obtuvo con la perezona y la priminina (p-benzoquinonas utilizadas como testigo). El efecto de las o-quinonas fue proprocional a su concentración y con las mansononas E y F la producción de O2 fue 4-5 veces mayor que la de H2O2. Diferencias menores se observaron con las quinonas CG. La producción de peróxidos resultó de un ciclo redox, iniciado por una fase anaeróbica (I) en la que se formaron los quinoles, seguida por una fase aeróbica (II) en la que se formó O2 y H2O2. Con las mansononas E y F, y las quinonas CG, la velocidad de la fase II fue superior o igual a la de la fase I pero, con las mansononas A y C, la velocidad de oxidación de los quinoles fue 8-10 veces menor que la de reducción de las quinonas. Esas diferencias concuerdan con a) la oxidación in vitro de los quinoles; b) su capacidad para producir O2 y c) su capacidad para inducir la quimiluminiscencia de la lucigenina. Los resultados descriptos demuestran la intervención de oxi-radicales en la citotoxicidad de las §-quinonas, no obstante la existencia de catalasa y otras enzimas protectoras en LS y CF, pero no se descartan otros mecanismos. La sensibilidad de ambos organismos a las quinonas estudiadas, similar o superior a la del T. cruzi, autoriza a utilizar a LS y CF como modelos para el ensayo de quimioterápicos antichagásicos