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Frota HF, Barbosa PF, Lorentino CMA, Affonso LRF, Ramos LS, Oliveira SSC, Souza LOP, Abosede OO, Ogunlaja AS, Branquinha MH, Santos ALS. Unveiling the antifungal mechanisms of CTP, a new copper(II)-theophylline/1,10-phenanthroline complex, on drug-resistant non-albicans Candida species. Biometals 2024; 37:1237-1253. [PMID: 38874822 DOI: 10.1007/s10534-024-00605-1] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 03/12/2024] [Accepted: 04/20/2024] [Indexed: 06/15/2024]
Abstract
Candida species undeniably rank as the most prevalent opportunistic human fungal pathogens worldwide, with Candida albicans as the predominant representative. However, the emergence of non-albicans Candida species (NACs) has marked a significant shift, accompanied by rising incidence rates and concerning trends of antifungal resistance. The search for new strategies to combat antifungal-resistant Candida strains is of paramount importance. Recently, our research group reported the anti-Candida activity of a coordination compound containing copper(II) complexed with theophylline (theo) and 1,10-phenanthroline (phen), known as "CTP" - Cu(theo)2phen(H2O).5H2O. In the present work, we investigated the mechanisms of action of CTP against six medically relevant, antifungal-resistant NACs, including C. auris, C. glabrata, C. haemulonii, C. krusei, C. parapsilosis and C. tropicalis. CTP demonstrated significant efficacy in inhibiting mitochondrial dehydrogenases, leading to heightened intracellular reactive oxygen species production. CTP treatment resulted in substantial damage to the plasma membrane, as evidenced by the passive incorporation of propidium iodide, and induced DNA fragmentation as revealed by the TUNEL assay. Scanning electron microscopy images of post-CTP treatment NACs further illustrated profound alterations in the fungal surface morphology, including invaginations, cavitations and lysis. These surface modifications significantly impacted the ability of Candida cells to adhere to a polystyrene surface and to form robust biofilm structures. Moreover, CTP was effective in disassembling mature biofilms formed by these NACs. In conclusion, CTP represents a promising avenue for the development of novel antifungals with innovative mechanisms of action against clinically relevant NACs that are resistant to antifungals commonly used in clinical settings.
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Affiliation(s)
- Heloisa F Frota
- Laboratório de Estudos Avançados de Microrganismos Emergentes E Resistentes (LEAMER), Departamento de Microbiologia Geral, Instituto de Microbiologia Paulo de Góes (IMPG), Universidade Federal Do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro, RJ, 21941-902, Brazil
- Programa de Pós-Graduação Em Bioquímica (PPGBq), Instituto de Química, Universidade Federal Do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro, RJ, 21941-909, Brazil
| | - Pedro F Barbosa
- Laboratório de Estudos Avançados de Microrganismos Emergentes E Resistentes (LEAMER), Departamento de Microbiologia Geral, Instituto de Microbiologia Paulo de Góes (IMPG), Universidade Federal Do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro, RJ, 21941-902, Brazil
| | - Carolline M A Lorentino
- Laboratório de Estudos Avançados de Microrganismos Emergentes E Resistentes (LEAMER), Departamento de Microbiologia Geral, Instituto de Microbiologia Paulo de Góes (IMPG), Universidade Federal Do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro, RJ, 21941-902, Brazil
| | - Lorena R F Affonso
- Laboratório de Estudos Avançados de Microrganismos Emergentes E Resistentes (LEAMER), Departamento de Microbiologia Geral, Instituto de Microbiologia Paulo de Góes (IMPG), Universidade Federal Do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro, RJ, 21941-902, Brazil
| | - Lívia S Ramos
- Laboratório de Estudos Avançados de Microrganismos Emergentes E Resistentes (LEAMER), Departamento de Microbiologia Geral, Instituto de Microbiologia Paulo de Góes (IMPG), Universidade Federal Do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro, RJ, 21941-902, Brazil
| | - Simone S C Oliveira
- Laboratório de Estudos Avançados de Microrganismos Emergentes E Resistentes (LEAMER), Departamento de Microbiologia Geral, Instituto de Microbiologia Paulo de Góes (IMPG), Universidade Federal Do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro, RJ, 21941-902, Brazil
| | - Lucieri O P Souza
- Laboratório de Estudos Avançados de Microrganismos Emergentes E Resistentes (LEAMER), Departamento de Microbiologia Geral, Instituto de Microbiologia Paulo de Góes (IMPG), Universidade Federal Do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro, RJ, 21941-902, Brazil
| | - Olufunso O Abosede
- Department of Chemistry, Federal University Otuoke, P.M.B 126, Yenagoa, Bayelsa State, Nigeria
- Department of Chemistry, Nelson Mandela University, PO Box 77000, Port Elizabeth, 6031, South Africa
| | - Adeniyi S Ogunlaja
- Department of Chemistry, Nelson Mandela University, PO Box 77000, Port Elizabeth, 6031, South Africa
| | - Marta H Branquinha
- Laboratório de Estudos Avançados de Microrganismos Emergentes E Resistentes (LEAMER), Departamento de Microbiologia Geral, Instituto de Microbiologia Paulo de Góes (IMPG), Universidade Federal Do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro, RJ, 21941-902, Brazil.
- Rede Micologia RJ - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ), Rio de Janeiro, 21941-902, Brazil.
| | - André L S Santos
- Laboratório de Estudos Avançados de Microrganismos Emergentes E Resistentes (LEAMER), Departamento de Microbiologia Geral, Instituto de Microbiologia Paulo de Góes (IMPG), Universidade Federal Do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro, RJ, 21941-902, Brazil.
- Programa de Pós-Graduação Em Bioquímica (PPGBq), Instituto de Química, Universidade Federal Do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro, RJ, 21941-909, Brazil.
- Rede Micologia RJ - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ), Rio de Janeiro, 21941-902, Brazil.
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Gandra RM, Pacheco CA, Sangenito LS, Ramos LS, Souza LO, McCarron P, McCann M, Devereux M, Branquinha MH, Santos AL. Manganese(II), copper(II) and silver(I) complexes containing 1,10-phenanthroline/1,10-phenanthroline-5,6-dione against Candida species. Future Microbiol 2024; 19:385-395. [PMID: 38381028 DOI: 10.2217/fmb-2023-0212] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 09/22/2023] [Accepted: 11/16/2022] [Indexed: 02/22/2024] Open
Abstract
Background: New chemotherapeutics are urgently required to treat Candida infections caused by drug-resistant strains. Methods: The effects of 16 1,10-phenanthroline (phen)/1,10-phenanthroline-5,6-dione/dicarboxylate complexed with Mn(II), Cu(II) and Ag(I) were evaluated against ten different Candida species. Results: Proliferation of Candida albicans, Candida dubliniensis, Candida famata, Candida glabrata, Candida guilliermondii, Candida kefyr, Candida krusei, Candida lusitaniae, Candida parapsilosis and Candida tropicalis was inhibited by three of six Cu(II) (MICs 1.52-21.55 μM), three of three Ag(I) (MICs 0.11-12.74 μM) and seven of seven Mn(II) (MICs 0.40-38.06 μM) complexes. Among these [Mn2(oda)(phen)4(H2O)2][Mn2(oda)(phen)4(oda)2].4H2O, where oda = octanedioic acid, exhibited effective growth inhibition (MICs 0.4-3.25 μM), favorable activity indexes, low toxicity against Vero cells and good/excellent selectivity indexes (46.88-375). Conclusion: [Mn2(oda)(phen)4(H2O)2][Mn2(oda)(phen)4(oda)2].4H2O represents a promising chemotherapeutic option for emerging, medically relevant and drug-resistant Candida species.
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Affiliation(s)
- Rafael M Gandra
- Laboratório de Estudos Avançados de Microrganismos Emergentes e Resistentes (LEAMER), Departamento de Microbiologia Geral, Instituto de Microbiologia Paulo de Góes (IMPG), Centro de Ciências da Saúde (CCS), Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro, Brazil
- Programa de Pós-Graduação em Bioquímica (PPGBq), Instituto de Química (IQ), Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro, Brazil
| | - Clarissa A Pacheco
- Laboratório de Estudos Avançados de Microrganismos Emergentes e Resistentes (LEAMER), Departamento de Microbiologia Geral, Instituto de Microbiologia Paulo de Góes (IMPG), Centro de Ciências da Saúde (CCS), Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro, Brazil
| | - Leandro S Sangenito
- Laboratório de Estudos Avançados de Microrganismos Emergentes e Resistentes (LEAMER), Departamento de Microbiologia Geral, Instituto de Microbiologia Paulo de Góes (IMPG), Centro de Ciências da Saúde (CCS), Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro, Brazil
- Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro, Nilópolis, Rio de Janeiro, Brazil
| | - Lívia S Ramos
- Laboratório de Estudos Avançados de Microrganismos Emergentes e Resistentes (LEAMER), Departamento de Microbiologia Geral, Instituto de Microbiologia Paulo de Góes (IMPG), Centro de Ciências da Saúde (CCS), Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro, Brazil
| | - Lucieri Op Souza
- Laboratório de Estudos Avançados de Microrganismos Emergentes e Resistentes (LEAMER), Departamento de Microbiologia Geral, Instituto de Microbiologia Paulo de Góes (IMPG), Centro de Ciências da Saúde (CCS), Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro, Brazil
| | - Pauraic McCarron
- Chemistry Department, Maynooth University, National University of Ireland, Maynooth, Ireland
| | - Malachy McCann
- Chemistry Department, Maynooth University, National University of Ireland, Maynooth, Ireland
| | - Michael Devereux
- The Centre for Biomimetic & Therapeutic Research, Focas Research Institute, Technological University Dublin, Dublin, Ireland
| | - Marta H Branquinha
- Laboratório de Estudos Avançados de Microrganismos Emergentes e Resistentes (LEAMER), Departamento de Microbiologia Geral, Instituto de Microbiologia Paulo de Góes (IMPG), Centro de Ciências da Saúde (CCS), Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro, Brazil
- Rede Micologia RJ - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ), Rio de Janeiro, Brazil
| | - André Ls Santos
- Laboratório de Estudos Avançados de Microrganismos Emergentes e Resistentes (LEAMER), Departamento de Microbiologia Geral, Instituto de Microbiologia Paulo de Góes (IMPG), Centro de Ciências da Saúde (CCS), Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro, Brazil
- Programa de Pós-Graduação em Bioquímica (PPGBq), Instituto de Química (IQ), Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro, Brazil
- Rede Micologia RJ - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ), Rio de Janeiro, Brazil
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