Papel de la metilación de adeninas del ADN en la regulación de la transcripción de hongos basales y su posible uso como diana para combatir la mucormicosis

Abstract

La adopción de hongos como modelos de investigación ha influido de manera determinante en el progreso de la genética a lo largo del último siglo. Aprovechando las características ventajosas de este grupo de organismos, se han descifrado varios mecanismos moleculares que regulan la genética de los organismos eucariotas. Sin embargo, la investigación se ha centrado en los hongos del subreino Dikarya, dejando de lado a los hongos de ramas basales de la evolución fúngica. Las complicaciones intrínsecas y la reticencia a la modificación genética han limitado el estudio de los hongos basales, a pesar de su interés biotecnológico y clínico creciente. Por ejemplo, el orden Mucorales, dentro del filo Mucoromycota, incluye patógenos humanos oportunistas responsables de la mucormicosis, una enfermedad con alta mortalidad y falta de tratamiento efectivo, que ha sido incluida en la lista de lata prioridad elaborada por la Organización Mundial de la Salud (OMS) en 2022. Aunque se han caracterizado algunos mecanismos moleculares de virulencia en estos patógenos, muchos aspectos de la infección aún no se comprenden completamente, lo que subraya la necesidad de ampliar la investigación a nuevos modelos y aspectos de la biología fúngica. La epigenética, que estudia los cambios en el fenotipo sin alterar la secuencia de ADN, ha ayudado a entender procesos como la diferenciación celular y el desarrollo. Aunque se ha investigado en hongos, el panorama epigenético de los hongos basales sigue siendo poco explorado, con la 6-metiladenina (6mA) como modificación epigenética principal, a diferencia de la 5-metilcitosina (5mC) predominante en otros organismos eucariotas. En esta tesis, se caracterizaron dos modelos clásicos de hongos basales, Phycomyces blakesleeanus y Mucor lusitanicus, revelando diferencias marcadas en su panorama epigenético. Phycomyces muestra altos niveles de 6mA, asociados con la actividad génica, mientras que Mucor tiene niveles reducidos de esta modificación. Se han identificado las maquinarias responsables de la deposición de 6mA en estos hongos basales, incluyendo MetB para la metilación asimétrica y un complejo de metilación tipo MT-A70 para la metilación simétrica. Además, se ha desarrollado un procedimiento basado en la tecnología CRISPR/Cas9 para manipular genéticamente el hongo Rhizopus microsporus, un modelo nuevo que combina características de los hongos basales con alto contenido de 6mA y alta capacidad patogénica. Este estudio también profundizó en la organización de la cromatina y las modificaciones epigenéticas de histonas en R. microsporus, identificando un modelo compartimentado de la cromatina que influye en la expresión génica. Se destaca el potencial de los componentes del complejo MT-A70 como dianas para fármacos antifúngicos, debido a su distribución exclusiva en organismos unicelulares. En resumen, esta tesis representa un avance significativo en la comprensión de la epigenética de los hongos basales, con implicaciones para futuras investigaciones sobre su biología y patogenicidad. Las herramientas moleculares desarrolladas proporcionan una base sólida para estudios adicionales en estos organismos y en eucariotas en general.

Fungal models have significantly advanced genetics over the past century, focusing primarily on Dikarya fungi while neglecting earlier branches of fungal evolution. Despite challenges in studying early-diverging fungi (EDF), such as difficulties in culture and genetic modification, these organisms hold increasing biotechnological and clinical interest, particularly Mucorales, which includes pathogens causing mucormycosis, a deadly infection recognized by the World Health Organization (WHO). Epigenetics, crucial for understanding processes like cell differentiation and cancer, is still largely unexplored in EDF, where 6-methyladenine (6mA) is the primary DNA epigenetic modification, unlike the 5-methylcytosine (5mC) found in higher eukaryotes. Research focused on two classic EDF models, Phycomyces blakesleeanus and Mucor lusitanicus, revealed distinct epigenomes. Phycomyces exhibited high 6mA levels associated with active gene expression, while Mucor displayed minimal methylation. Additionally, high 5mC levels were found in Phycomyces, contributing to genome defense. Exploring DNA modifications in EDF, we identified mechanisms for symmetric and asymmetric 6mA deposition, essential for gene regulation. Asymmetric methylation is controlled by MetB, possibly acquired through horizontal gene transfer, while symmetric methylation involves an MT-A70 complex conserved in unicellular eukaryotes. To deepen understanding of 6mA, we developed a CRISPR/Cas9 protocol for genetic manipulation in Rhizopus microsporus, a phytopathogenic fungus and mucormycosis agent, also valuable for studying fungal-bacterial interactions. Our comprehensive analysis of the R. microsporus epigenome revealed distinct chromatin compartments influenced by 6mA and histone modifications, impacting gene expression and chromatin structure. Downregulation of Mta1, a core component of the 6mA methylation complex, confirmed its role in gene regulation. These findings provide valuable insights into EDF epigenetics, offering potential targets for antifungal drug development. Future research should explore further aspects of EDF biology and utilize the molecular tools developed in this study.