Research Article

Cytochrome P450 monooxygenase of Acanthamoeba castellanii participates in resistance to polyhexamethylene biguanide treatment

La monooxygénase du cytochrome P450 d’Acanthamoeba castellanii participe à la résistance au traitement par le polyhexaméthylène biguanide

¹ Department of Parasitology, College of Medicine, National Cheng Kung University, Tainan 701, Taiwan
² Department of Microbiology and Immunology, College of Medicine, National Cheng Kung University, Tainan 701, Taiwan
³ Institute of Tropical Plant Sciences and Microbiology, National Cheng Kung University, Tainan 701, Taiwan
⁴ School of Medicine, College of Medicine, National Cheng Kung University, Tainan 701, Taiwan
⁵ Institute of Basic Medical Sciences, College of Medicine, National Cheng Kung University, Tainan 701, Taiwan
⁶ Department of Ophthalmology, National Cheng Kung University Hospital, Tainan 701, Taiwan

^* Corresponding authors: wcnikelin@mail.ncku.edu.tw; huangfc@mail.ncku.edu.tw

Received: 29 June 2021
Accepted: 25 October 2021

Abstract

Acanthamoeba spp. are free-living parasites that can cause severe infections such as granulomatous amoebic encephalitis (GAE) and amoebic keratitis (AK). Polyhexamethylene biguanide (PHMB) is a topical application for AK treatment. However, PHMB is not entirely effective against all Acanthamoeba strains or isolates. The mechanisms by which Acanthamoeba protects itself against extreme drug conditions without encystation are still unknown. According to a previous study, cytochrome P450 monooxygenase (CYP450MO) plays an important role in the oxidative biotransformation of numerous drugs related to metabolism. In this study, a CYP450MO fragment was inserted into the pGAPDH-EGFP vector and transfected into Acanthamoeba castellanii. We found that CYP450MO-overexpressing Acanthamoeba had higher survival rates than those of the control cells after PHMB treatment. Moreover, we also found that encystation-related genes such as cellulose synthase I (CSI), encystation-mediating serine proteinase (EMSP), and autophagy-related protein 8 (ATG8) expression levels were not significantly different between Acanthamoeba transfected by pGAPDH-EGFP or pGAPDH-EGFP-CYP450MO. We suggest that Acanthamoeba transfected by pGAPDH-EGFP-CYP450MO may not induce encystation-related genes to resist PHMB treatment. In conclusion, these findings indicate that CYP450MO may be an additional target when PHMB is used for treatment of amoebic keratitis.

Résumé

Les Acanthamoeba spp. sont des parasites libres qui peuvent provoquer des infections graves telles que l’encéphalite amibienne granulomateuse (EAG) et la kératite amibienne (KA). Le polyhexaméthylène biguanide (PHMB) est une application topique pour le traitement de la KA. Cependant, le PHMB n’est pas entièrement efficace contre toutes les souches ou isolats d’Acanthamoeba. Les mécanismes par lesquels Acanthamoeba se protège contre des conditions médicamenteuses extrêmes sans enkystation sont encore inconnus. Selon une étude précédente, la monooxygénase du cytochrome P450 (CYP450MO) joue un rôle important dans la biotransformation oxydative de nombreux médicaments liés au métabolisme. Dans cette étude, un fragment CYP450MO a été inséré dans le vecteur pGAPDH-EGFP et transfecté dans Acanthamoeba castellanii. Nous avons constaté que les Acanthamoeba surexprimant le CYP450MO avaient des taux de survie plus élevés que ceux des cellules témoins après un traitement au PHMB. De plus, nous avons également constaté que les gènes liés aux enkystations tels que la cellulose synthase I (CSI), la sérine protéinase médiatrice de l’enkystation (EMSP) et les niveaux d’expression de la protéine 8 liée à l’autophagie (ATG8) n’étaient pas significativement différents entre les Acanthamoeba transfectés par pGAPDH-EGFP ou par pGAPDH-EGFP-CYP450MO. Nous suggérons que les Acanthamoeba transfectés par pGAPDH-EGFP-CYP450MO ne peuvent pas induire les gènes liés à l’enkystation pour résister au traitement PHMB. En conclusion, ces résultats peuvent indiquer que la monooxygénase du cytochrome P450 peut être une cible potentielle pour le traitement par PHMB de la kératite amibienne.