The active transport of histidine and its role in ATP production in Trypanosoma cruzi

Abstract

Trypanosoma cruzi, the aetiological agent of Chagas's disease, metabolizes glucose, and after its exhaustion, degrades amino acids as energy source. Here, we investigate histidine uptake and its participation in energy metabolism. No putative genes for the histidine biosynthetic pathway have been identified in genome databases of T. cruzi, suggesting that its uptake from extracellular medium is a requirement for the viability of the parasite. From this assumption, we characterized the uptake of histidine in T. cruzi, showing that this amino acid is incorporated through a single and saturable active system. We also show that histidine can be completely oxidised to CO2. This finding, together with the fact that genes encoding the putative enzymes for the histidine - glutamate degradation pathway were annotated, led us to infer its participation in the energy metabolism of the parasite. Here, we show that His is capable of restoring cell viability after long-term starvation. We confirm that as an energy source, His provides electrons to the electron transport chain, maintaining mitochondrial inner membrane potential and O2 consumption in a very efficient manner. Additionally, ATP biosynthesis from oxidative phosphorylation was found when His was the only oxidisable metabolite present, showing that this amino acid is involved in bioenergetics and parasite persistence within its invertebrate host.

Glutamine Analogues Impair Cell Proliferation, the Intracellular Cycle and Metacyclogenesis in Trypanosoma cruzi

“…For example, it is well documented that T. cruzi is able to consume glucose preferentially at the beginning of the exponential proliferation phase, and after exhaustion of this metabolite, they switch to a metabolism that is mainly based on the consumption of amino acids [10][11][12]. It is well known that a variety of amino acids are robust energy sources [13][14][15][16][17][18]. In addition, amino acids are important to crucial processes such as energy management [19], cell proliferation [20,21], cell differentiation [13,[22][23][24], host cell infection [15], intracellular survival [23,25], osmotic control [26] and resistance to different types of stress conditions [14,[27][28][29].…”

Caracterização molecular e funcional da imidazolona propionase de <i>Trypanosoma cruzi</i>: uma enzima do metabolismo de histidina.

“…A K m (constante de Michaelis-Menten), bem como a atividade específica desse transportador se mostraram semelhantes àquelas descritas para alguns dos outros transportadores de aminoácidos do parasita, tais como o transportador de Pro de alta afinidade (sistema A) , o transportador único de Glu (Silber et al, 2006) e o transportador de baixa afinidade para Arg (Canepa et al, 2009). A forma tripomastigota metacíclica também pode incorporar His, porém, quando comparada às taxas de incorporação da forma epimastigota, a última incorpora cerca de 60% a mais com respeito ao metacíclico, sugerindo uma maior dependência deste aminoácido para o estágio epimastigota, provavelmente associado à proliferação celular (Barison et al, 2016).…”

“…Foi observado que além de incorporada pelo parasita, His está sendo usada como fonte de energia para manter a viabilidade celular (Barison et al, 2016), em níveis similares aos demonstrados para Pro, anteriormente descrita como um aminoácido protetor ao estresse metabólico e relevante em termos de bioenergética para o parasita (Magdaleno et al, 2009;Martins et al, 2009;Paes et al, 2013;Mantilla et al, 2015).…”

“…Além disso, os parâmetros bioenergéticos foram analisados e a recuperação com His após estresse nutricional restaurou a viabilidade celular e o potencial de membrana interno mitocondrial (ΔΨm) tão eficientemente quanto ao meio rico. Finalmente, a produção de ATP a partir da fosforilação oxidativa e o consumo de oxigênio nas mitocôndrias foram detectados, em magnitudes comparáveis ao obtido quando os parasitas foram recuperados com Pro, ambos após estresse nutricional (Barison et al, 2016).…”

“…Esse fato, juntamente aos dados recentemente publicados (Barison et al, 2016) demonstram que His é incorporada e metabolizada como fonte de energia para o T. cruzi e apontam para novas perspectivas de estudo para as demais enzimas da via, seu funcionamento e regulação.…”