Fungal lipidomics of the genus Lasiodiplodia

Abstract

The Lasiodiplodia genus belongs to the family Botryosphaeriaceae and has long been recognized as nefarious plant pathogens. However, there have now been several reports of these fungi causing disease in human hosts. The phenomenon involving pathogens that can go from infecting a certain group of hosts, to another very different group, in this case, going from plants hosts to human hosts, is called kingdom-host jumps. There is still much to be learned about the mechanisms that facilitate and make this transition possible. The Lasiodiplodia hormozgansis strain used in this study is a clinical strain initially isolated from a human patient, therefore, its use may reveal adaptive mechanisms used by this organism that would allow it to survive and infect hosts whose body temperature is 37 °C. Lipids are known to have important roles in cellular functions, including cell signaling, which is tightly linked with pathogenicity. For example, glycosphingolipids are involved in the regulation of virulence in fungi. Due to the connection that lipids hold with pathogenicity, they may prove to be important tools in understanding this phenomenon, and possibly even serving as pathways to treat fungal infections. As such, the aim of this work was to study the effect of temperature on the lipidome of two members of the genus, Lasiodiplodia theobromae and Lasiodiplodia hormozganensis, utilizing gas chromatography–mass spectrometry and liquid chromatography-mass spectrometry to identify phospholipids, sphingolipids, diacylglycerides and fatty acids. Both strains showed an increase in the omega- 6/omega-3 proportion when subjected to growth at 37 °C, which is known to affect membrane fluidity and can pose as an adaptation by the organisms studied to the stress of the increased temperature. The lipidomic analysis at the molecular level allowed the identification of 259 lipid species in L. hormozganensis and 257 lipid species in L. theobromae both with changes of their relative abundance. The lipid species identified are polar lipids such as phospholipids (9 lipid classes), sphingolipids (3 lipid classes) and neutral lipids (2 lipid classes). The phospholipid classes identified were phosphatidylcholine (PC), phosphatidylethanolamine (PE) phosphatidylinositol (PI), phosphatidic acid (PA), phosphatidylglycerol (PG) cardiolipin (CL) and the lyso forms lyso- PC (LPC), lyso-PE (LPE), the sphigolipdis sphingomyelin (SM), ceramides (CER) and hexosyl ceramides, and the neutral lipid classes tryglycerides (TG) and diglycerides (DG). The lipidome of the two strains showed interesting variations between the temperatures tested. TGs showed an increase with temperature, as did both Cer and HexCer, regardless of the strain analyzed. In contrast, species of mostly PSs, PCs, and PIs showed a decrease in abundance as the temperature was raised.

O género Lasiodiplodia pertence à família Botryosphaeriaceae que é reconhecida como englobando espécies fitopatogénicas. No entanto, tem havido vários casos de doenças em humanos causadas por estas espécies. O fenómeno que envolve agentes patogénicos capazes de infetar um grupo de hospedeiros pertencentes a reinos distintos, neste caso de plantas para humanos, é chamado de kingdom-host jumps. A estirpe de Lasiodiplodia hormozganensis usada neste estudo é uma estirpe clínica isolada a partir de um paciente humano, pelo que a sua utilização pode revelar mecanismos adaptativos deste organismo que lhe permitem sobreviver e infetar hospedeiros cuja temperatura corporal é 37 °C. Os lípidos têm papeis importantes em diversas funções celulares, como em sinalização celular, a qual está intimamente ligada com fenómenos de patogenicidade. Como exemplo, os glicoesfingolípidos estão envolvidos na regulação da virulência em fungos. Pela ligação que os lípidos têm com a patogenicidade, podem provar ser ferramentas essenciais ao estudo deste fenómeno. Assim, o objetivo deste trabalho foi estudar o efeito da temperatura no lipidoma de duas espécies de fungos, Lasiodiplodia theobromae e Lasiodiplodia hormozganensis, usando cromatografia gasosa e cromatografia líquida, acopladas a espetrometria de massa para identificar fosfolípidos, esfingolípidos, triacilgliceróis e ácidos gordos. Ambas as estirpes apresentaram aumento na proporção ômega- 6/ômega-3 quando submetidas ao crescimento a 37 °C, o que se sabe que afeta a fluidez da membrana e pode representar uma adaptação dos organismos estudados ao stress imposto pelo aumento da temperatura. A análise lipídica levou à identificação de 259 espécies de lípidos em L. hormozganensis e 257 espécies lipídicas em L. theobromae. As espécies identificadas são lípidos polares como fosfolípidos (9 classes de lípidos), esfingolípidos (3 classes lipídicas) e lípidos neutros (2 classes de lípidos). As classes de fosfolípidos identificadas foram fosfatidilcolina (PC), fosfatidiletanolamina (PE), ácido fosfatídico (PA), fosfatidilglicerol (PG), cardiolipina (CL), e as formas liso; liso-PC (LPC), liso-PE (LPE), os esfingolípidos esfingomielina (SM), ceramidas (CER), hexosil ceramida (HexCer), e os lípidos neutros triglicerídeos (TG) e diglicerídeos (DG). O lipidoma das duas estirpes apresentou variações interessantes entre as temperaturas testadas. Os TGs aumentaram com a temperatura, assim como Cer e HexCer, independente da estirpe analisada. Em contraste, espécies como PSs, PCs e PIs apresentaram uma diminuição na abundância à medida que a temperatura aumentava.