Original:http://www.tulane.edu/~wiser/malaria/cmb.html

КЛЕТОЧНАЯ И МОЛЕКУЛЯРНАЯ
БИОЛОГИЯ ПЛАЗМОДИЯ

Членами рода Plasmodium являются эукариотические микробы. Поэтому клеточная и молекулярная биология Plasmodium'а будет похожа на других эукариот. Уникальной особенностью малярийного паразита является его внутриклеточный образ жизни. Из-за его внутриклеточного положения паразит имеет близкую связь с его клеткой-хозяином, которая может быть описана на клеточном и молекулярном уровнях. В частности, паразит должен войти в клетку-хозяина, и один раз внутри он изменяет клетку-хозяина. Будет обсуждаться молекулярная и клеточная биология взаимодействия хозяин-паразит, участвующих в этих двух процессах.

Содержание:

Введение

ХОЗЯЙСТВЕННАЯ ЦЕЛЛЮЛОЗАЦИЯ

Паразиты малярии являются членами Apicomplexa. Apicomplexa характеризуются набором органелл, обнаруженных на некоторых этапах жизненного цикла паразита. Эти органеллы, все вместе известные как апикальные органеллы из-за их локализации на одном конце паразита, вовлечены во взаимодействие между паразитом и хозяином. В частности, апикальные органеллы были вовлечены в процесс вторжения клеток-хозяев. В случае Plasmodium были идентифицированы три различные инвазивные формы: спорозоит, мерозоит и оокинет (см. Жизненный цикл Plasmodium ). В следующем обсуждении основное внимание уделяется клеточной биологии мерозоитов и вторжения эритроцитов. Ссылки на другие спорозоиты Apicomplexa и Plasmodium будут сделаны для иллюстрации общих особенностей.

вторжение мерозоитов Мерозоиты быстро (приблизительно 20 секунд) и специфически входят в эритроциты. Эта специфичность проявляется как для эритроцитов как предпочтительного типа клеток-хозяев, так и для конкретного вида хозяина, что подразумевает взаимодействие рецептор-лиганд. Вторжение эритроцитов представляет собой сложный процесс, который только частично понимается на молекулярном и клеточном уровнях. Тем не менее, был достигнут значительный прогресс в идентификации многих белков паразита и хозяина, которые важны для процесса вторжения.

Можно выделить четыре различных этапа ( Gratzer and Dluzewski 1993 ) в процессе вторжения (рисунок):

  1. Первоначальное связывание мерозоита
  2. Переориентация и деформация эритроцитов
  3. Образование связи
  4. Проникновение паразита

Поверхностные белки мерозоита и взаимодействия хозяев-паразитов

Первоначальное взаимодействие между мерозоитом и эритроцитом, вероятно, является случайным столкновением и, по-видимому, включает обратимые взаимодействия между белками на поверхности мерозоита и эритроцитом хозяина. Описано несколько поверхностных белков мерозоита. Лучше всего характеризуется поверхностный белок-мерозоит-1 (MSP-1). Обстоятельные доказательства, свидетельствующие о включении MSP-1 в инвазию эритроцитов, включают его равномерное распределение по поверхности мерозоита и наблюдение, что антитела против MSP-1 ингибируют инвазию ( Holder 1994 ). Кроме того, MSP-1 связывается с полосой 3 ( Goel 2003 ) и гликофорином A. Однако роль MSP-1 в инвазии не была окончательно продемонстрирована. Аналогично, протеин конспорозооита (CSP), вероятно, играет роль в нацеливании спорозоитов на гепатоциты, взаимодействуя с протеогликанами гепарина сульфата ( Sinnis and Sim 1997 ).

Другим интересным аспектом MSP-1 является протеолитическая обработка , совпадающая созреванием и вторжением мерозоитов ( Cooper 1993 ). Первичная обработка происходит во время созревания мерозита и приводит к образованию нескольких полипептидов, удерживаемых вместе в нековалентном комплексе. Вторичная обработка происходит совпадающей с вторжением мерозоитов на участок вблизи С-конца. Нековалентный комплекс полипептидных фрагментов MSP-1 просачивается с поверхности мерозоита после протеолиза, и только небольшой C-концевой фрагмент переносится в эритроцит. Эта потеря комплекса MSP-1 может коррелировать с потерей «нечеткого» слоя во время вторжения мерозоитов. С-концевой фрагмент прикрепляется к поверхности мерозоита якорем GPI и состоит из двух EGF-подобных модулей . EGF-подобные модули встречаются во множестве белков и обычно участвуют в белково-белковых взаимодействиях. Одна из возможностей заключается в том, что вторичная протеолитическая обработка позволяет экспонировать EGF-подобные модули, которые усиливают взаимодействие между мерозоитом и эритроцитом. Значение MSP-1 и его обработка вытекают из следующих замечаний:

Точная роль (и), которую MSP-1 и ее обработка играют в процессе вторжения мерозоитов, неизвестны. Другие поверхностные белки мерозоита также участвуют в взаимодействии мерозоита с эритроцитом (обзор Cowman 2012 ).

Переориентация и секреторные органеллы

Апикальные Органы
Плазодий-мерозоиты
органелл форма Размер (нм)

Microneme эллипсоидальной 40 x 100
Rhoptry слеза 300 x 600
Плотная гранула сферический 120-140

После связывания с эритроцитом паразит переориентирует себя так, что «апикальный конец» паразита сопоставляется с мембраной эритроцитов. Эта переориентация мерозоитов также совпадает с переходной деформацией эритроцитов. Апикальный мембранный антиген-1 (AMA-1) был вовлечен в эту переориентацию ( Mitchell, 2004 ). AMA-1 представляет собой трансмембранный белок, локализованный на апикальном конце мерозоита и связывает эритроциты. Антитела против АМА-1 не мешают начальному контакту между мерозоитом и эритроцитом, тем самым предполагая, что АМА-1 не участвует в прикреплении мерозоитов. Но антитела против АМА-1 предотвращают переориентацию мерозоита и тем самым блокируют вторжение мерозоитов.

Специализированные секреторные органеллы расположены на апикальном конце инвазивных стадий апикомплексанных паразитов. Три морфологически отличные апикальные органеллы обнаруживаются с помощью электронной микроскопии: микронемы, рыжие и плотные гранулы (табл.). Плотные гранулы не всегда включаются в апикальные органеллы и, вероятно, представляют собой гетерогенную популяцию секреторных везикул .

кинетика секреции Содержимое апикальных органелл вытесняется по мере того, как паразит вторгается, тем самым предполагая, что эти органеллы играют определенную роль в вторжении. Эксперименты в Toxoplasma gondii показывают, что микронемы высвобождаются первыми и происходят при первоначальном контакте между паразитом и хозяином ( Carruthers and Sibley 1997 ). Увеличение цитоплазматической концентрации кальция и цАМФ ( Dawn 2014 ) связано с выделением микронемы и может также включать в себя сигнальный путь, включающий фосфолипазу C, инозитолтрифосфат и кальцийзависимые протеинкиназы ( Sharma and Chitnis 2013 ).

Роторы выгружаются сразу же после микронемов, и высвобождение их содержимого происходит в два этапа с участием сначала шеи rhoptry, за которым следует луковица rhoptry.

Плотное содержимое гранул высвобождается после того, как паразит завершил ввод, и поэтому обычно участвует в модификации клетки-хозяина . Однако субтилизин-подобные протеазы, которые участвуют в вторичной протеолитической обработке MSP-1 ( обсуждалось выше ), также локализованы в плотных гранулах Plasmodium ( Blackman 1998 , Barale, 1999 ). Если обработка MSP-1 катализируется этими протеазами, то по крайней мере некоторые плотные гранулы должны быть разряжены во время вторжения.

Конкретные взаимодействия и формирование соединений

После переориентации мерозоитов микронемы разряжают их содержимое. Эти белки микронемы включают в себя много белков, которые, как известно, являются адгезинами, и связывание этих адгезинов с рецепторами на эритроците хозяина усиливает взаимодействие между эритроцитом. Белки, локализованные в микромене, включают:

Реакция рецептора / лиганда
вид Рецептор хоста Мерозоитовый лиганд
P. falciparum Гликофорины (сиаловая кислота) EBA-175
P. vivax,
P. knowlesi
Даффи-антиген DBP

Особо следует отметить EBA-175 и DBP, которые распознают остатки сиаловой кислоты гликофоринов и антигена Даффи, соответственно (таблица). Другими словами, эти белки паразитов, вероятно, участвуют в взаимодействиях рецептор-лиганд с белками, обнажаемыми на поверхности эритроцитов. Нарушение гена EBA-175 приводит к переходу паразита из зависимого от сиаловой кислоты пути к пути, не зависящему от сиаловой кислоты ( Reed 2000 ), что указывает на некоторую избыточность в отношении взаимодействий рецептор-лиганд. Действительно, несколько белков, связанных с EBA-175, были идентифицированы у P. falciparum и составляют семейство генов эритроцитарно-связывающих (EBL) белков ( Tham 2012 ).

Сравнение последовательностей EBA-175 и DBP выявляет сохраняющиеся структурные особенности, которые также разделяются с другими белками EBL. К ним относятся трансмембранные домены и рецепторсвязывающие домены (рисунок, модифицированный Adams 1992 ). Активность, связывающая рецептор, была сопоставлена ​​с доменом, в котором цистеиновые и ароматические аминокислотные остатки сохраняются между видами (синяя область на рисунке). Этот предполагаемый связывающий домен дублируется в EBA-175. Топография трансмембранного домена согласуется с паразитарными лигандами, являющимися интегральными мембранными белками с рецепторсвязывающей областью, обнаженной на поверхности мерозоита после выделения микроней.

Выпуск Microneme
Rhoptry шеи Белки
Плотные контакты
Стрелка обозначает электронное плотное соединение между мерозоитом и эритроцитом. Микрограф из Айкавы и др. (1978) J. Cell Biol. 77:72.

Другим семейством адгезинов, участвующих в связывании мерозоитов с эртроцитами, является связывание ретикулоцитов, таких как гомологи (Rh). Члены этого семейства имеют гомологию с белком, первоначально идентифицированным в P. vivax, который специфически связывается с ретикулоцитами и может играть определенную роль в ретикулоцитарной специфичности P. vivax . Другие белки микроней в семействе «TRAP» также были вовлечены в локомоцию и / или клеточную инвазию стадии спорозоита и других апикомплекс ( Tomley and Soldati 2001 ). Все эти белки (семейства EBL, Rh, TRAP) имеют домены, которые предположительно участвуют в клеточной клеточной адгезии, а также транс-мембранные домены на их С-концах. Выделение Microneme (Mn) будет раскрывать адгезивные домены, которые затем связываются с рецепторами на клетке-хозяине и тем самым образуют связь между инвазивной формой (например, мерозоитом или спорозоитом) и клеткой-хозяином (рис.) .

В случае вторжения мерозоитов это взаимодействие опосредуется между несколькими членами семейств EBL и Rh. Эти различные адгезины связываются с различными рецепторами на эритроците и обеспечивают избыточность при связывании мерозоита с эритроцитом ( Tham 2012 ). Один из элементов этой избыточности предусматривает резервный план в случае сбоя одной пары лиганд / рецептор. Например, если ответ антитела против одного из паразитарных лигандов способен блокировать его взаимодействие с его рецептором, тогда существуют другие лиганды и рецепторы, которые могут выполнять эту роль при связывании. Кроме того, одновременное участие нескольких пар лиганд / рецептор будет усиливать взаимодействие между паразитом и клеткой-хозяином.

Это взаимодействие дополнительно усиливается за счет выделения двух дополнительных белковых комплексов из области шеи rhoptries ( Weiss 2016 ). Один из них представляет собой комплекс, включающий Rh5 (рисунок). Rh5 связывается с поверхностным белком эритроцита, известным как базигин. Рецептор basigin может быть необходим для вторжения P. falciparum ( Crosnier 2011 ). Rh5 связан с мерозоитом посредством его взаимодействия с Rh5-взаимодействующим белком (Ripr), который также связывается с поверхностным белком мерозоита, известным как защищенный антиген цистилен (CyRPA). Считается, что Rh5 играет важную роль в вторжении, поскольку он сохраняется у видов Plasmodium и, по-видимому, не может быть выбит. Другие члены семьи Rh, а также отдельные члены семьи EBL кажутся более доступными.

Другой белковый комплекс, высвобожденный из шеи rhopthries, включает в себя группу белков, известных как RONs для ломки шеи. RONs вставляют в мембрану хозяина после их высвобождения (рис.). RON2 связывается с AMA-1, который локализуется на поверхности мерозоита ( Tonkin 2011 ). В этом случае паразит подает как лиганд, так и рецептор. Затем комплекс RON2 / AMA-1 также способствует этой связи, образующейся между мерозоитом и эритроцитом, и еще более укрепляет связь между паразитом и хозяином ( Weiss 2016 ). Кроме того, RON2 и AMA-1 являются высококонсервативными в отношении Apicomplexa, что указывает на центральную роль этих белков в процессе инвазии.

Совпадением с секрецией этих различных лигандов и их взаимодействием с различными рецепторами является появление электронного плотного соединения между эритроцитом и мерозоитом (рис.). Тонкое образование соединения может быть инициировано микронемным разрядом с последующим высвобождением протеинов шероховатой шеи, которые вызывают рецепторсвязывающие домены паразитарных лигандов. Предположительно, это плотное соединение состоит из этих различных взаимодействий рецепторов / лигандов. С каждым последующим высвобождением лиганда и его связыванием с его рецептором увеличивается авидность взаимодействия мерозоита / эритроцита.

В итоге:

Вступление паразита

Apicomplexan паразиты активно вторгаются в клетки-хозяева, и вход не происходит из-за поглощения или фагоцитоза клеткой-хозяином. Это особенно заметно в случае эритроцита, который не обладает фагоцитарной способностью. Кроме того, мембрана эритроцитов имеет двумерный субмембранный цитоскелет, который исключает эндоцитоз. Поэтому импульс для образования паразитофорической вакуоли должен исходить от паразита. При введении паразита происходит несколько событий, в том числе: 1) нарушение субмембранного цитоскелета эритроцита, 2) образование паразитофористой вакуоли и 3) и пролитие поверхностных белков мерозоита. Вступление паразита зависит от моторного комплекса акти-миозина, называемого глидосомой .

Эфироцитарные мембранные белки перераспределяются во время образования соединения, так что площадь контакта не содержит белков мембраны эритроцитов. Описана мерозоитовая сериновая протеаза, которая расщепляет полосу эритроцитов 3 ( Braun-Breton, 1993 ). Из-за ключевой роли полоса 3 играет в гомеостатике подмембранного скелета, ее деградация может привести к локализованному разрушению цитоскелета. Реорганизация субмембранного цитоскелета и липидной архитектуры, вероятно, сопровождает вторжение мерозоитов ( Zuccala 2011 ).

Вход Мерозоит
Микрограф из Айкавы и др. (1978) J. Cell Biol. 77:72

В зоне соединения образуется зарождающаяся паразитофорическая вакуолярная мембрана (PVM). Эта инвагинация мембраны, вероятно, происходит как от мембраны хозяина, так и от компонентов паразита и расширяется по мере поступления паразита в эритроцит. Иногда наблюдаются связи между рыжими и зарождающимися PVM (рис., Стрелка). Кроме того, содержимое крапивницы часто представляет собой пластинчатые (т.е. многослойные) мембраны, а некоторые рыхлые белки локализуются в PVM после инвазии, что указывает на то, что роттерпы также функционируют в образовании PVM ( Sam-Yellowe 1996 ).

Ookinetes не хватает rhoptries и не образуют паразитофорическую вакуоль в эпителиальных клетках средней кишки москита. Оокинет быстро проходит через эпителиальные клетки и наносит значительный ущерб, когда они направляются к базальной пластине ( Han 2000 , Ziegler 2000 ). Точно так же спорозоиты могут вводить и выходить из гепатоцитов, не подвергаясь экзоэритроцитарной шизогонии. Те паразиты, которые не подвергаются шизигонии, свободны в цитоплазме хозяина, тогда как те, которые проходят шизогонию, заключены в PVM ( Mota 2001 ). Эти наблюдения показывают, что PVM необходим для внутриклеточного развития и не нужен для процесса вторжения клеток-хозяев. По мере образования зарождающейся паразитофорической вакуоли соединение (обозначенное цифрой C) между паразитом и хозяином становится кольцеобразным, и паразит, по-видимому, перемещается по этому кольцу, когда он входит в расширяющуюся паразитофорическую вакуоль. Вместо этого это движущееся соединение вытягивается от передней части паразита к задней части, что приводит к прямому перемещению паразита в клетку-хозяина.

По мере поступления паразита, MSP-1 просачиваются многие поверхностные белки мерозоита. Этот процесс выпадения опосредуется специфическими протеазами и является упорядоченным процессом ( Boyle 2014 ).

The Glakesome

Инвазивные формы апикомплексанных паразитов часто являются подвижными формами, которые ползают по субстрату по типу подвижности, называемому «скользящей подвижностью». Скользящая подвижность, такая как инвазия, также включает высвобождение адгезинов, прикрепление к субстрату и укупорку адгезинов на заднем конце зоита. Одно из различий между подвижностью скольжения и инвазией заключается в том, что микронемы и рыхты должны непрерывно высвобождаться по мере движения организма. Таким образом, скользящая подвижность не связана с этим относительно небольшим подвижным соединением, а является непрерывным образованием новых соединений между зоитом и субстратом. Кроме того, адгезины отщепляются от поверхности зоата, так как адгезии достигают задней части зоита, а следы адгезивных молекул остаются за движущимся зоитом на субстрате. Механизм подвижности и инвазии весьма схожи, и, таким образом, во время вторжения паразит буквально проникает в клетку-хозяина через подвижное соединение. Кроме того, некоторые apicomplexans используют этот тип подвижности для выхода из клеток и могут пересекать биологические барьеры путем входа и выхода из клеток. Белковый комплекс, который управляет этой скользящей подвижностью, известен как глидосома ( Boucher 2015 ).

glidosome
Модель комплекса подвижных соединений и подвижной подвижной подвижной подвижности от Besteiro (2011) .

Цитохалазины ингибируют введение мерозоита, но не прикрепляют, что указывает на то, что сила, необходимая для инвазии паразитов и подвижности скользящего движения, основана на актино-миозиновых цитоскелетах . Способность миозина, моторного белка , генерировать силу хорошо известна (например, сокращение мышц). Миозин, уникальный для Apicomplexa, был идентифицирован и закреплен во внутреннем мембранном комплексе (IMC). IMC относится к двойной мембране, лежащей под плазматической мембраной, на инвазивных стадиях Apicomplexan паразитов. Этот IMC дополнительно поддерживается субпелликулярными микротрубочками, которые занимают длину паразита. IMC-ассоциированный миозин взаимодействует с актином как часть glidesome . Различные адгезины (т.е. EBL, Rh, TRAP и AMA-1), составляющие комплекс с подвижным соединением (MJ), затем соединяются с glidesome (рис.).

Члены семейства TRAP и другие адгезины имеют консервативный цитоплазматический домен. Этот цитоплазматический домен связывается с короткими актиническими нитями через альдолазу. Актиновые нити и миозин ориентированы в пространстве между внутренним мембранным комплексом и плазматической мембраной, так что миозин продвигает актиновые нити к заднему концу зоата. Миозин закреплен в IMC и не двигается. Поэтому трансмембранные адгезины вытягиваются через жидкий липидный бислой плазматической мембраны из-за их связи с актинными нитями. Таким образом, комплекс адгезинов и актиновых нитей транспортируется к задней части клетки. Так как адгезины либо комплексовываются с рецепторами на клетке-хозяине, либо привязаны к цитоскелету клетки-хозяина или связаны с субстратом, то результатом является прямое движение паразита (рис.). Когда адгезины достигают заднего конца паразита, они протеолитически расщепляются и отбрасываются с поверхности зоата.

В случае вторжения клеток PVM и мембрану клетки-хозяина нужно будет запечатать так, чтобы PVM был неповрежденным и окружал паразита, а плазменная мембрана хозяина также была неповрежденной. Механизмы, участвующие в этом последнем этапе вторжения, неизвестны.

Было идентифицировано много белков, вовлеченных в процесс инвазии. Это также будет включать события сигнализации между различными этапами вторжения ( Сантос и Солдати-Фавр 2011 ). Однако многое еще предстоит узнать о клеточной и молекулярной биологии вторжения мерозоитов. Лучшее понимание сложного процесса паразитарного вторжения может привести к разработке новых терапевтических подходов к малярии и другим заболеваниям, вызванным Apicomplexans.

Резюме

Вмешательство мерозоитов - сложный и упорядоченный процесс. Ориентировочная модель вторжения мерозоитов включает:

  1. Первоначальное связывание мерозоита включает обратимые взаимодействия между поверхностными белками мерозоита и эритроцитом хозяина. Точные роли MSP1 и других поверхностных белков мерозоитов неизвестны.
  2. Переориентация неизвестным механизмом приводит к тому, что апикальный конец мерозоита сопоставляется с мембраной эритроцитов.
  3. Сброс микроней и шеек роттерсов совпадает с образованием плотного соединения между хозяином и паразитом.
  4. Тесное соединение опосредуется взаимодействием рецептор-лиганд между поверхностными белками эритроцитов и белками мембранных мембранных паразитов, которые подвергаются выделению апикальных органелл.
  5. Локализованная очистка субмембранного цитоскелета эритроцитов и образование зарождающейся паразитофорической вакуоли (PVM) коррелирует с полным выделением крапивниц.
  6. Тесное соединение становится кольцеобразным и тянется к задней части мерозоита, чтобы заставить мерозоит в формирующую паразитофорическую вакуоль.
  7. Сила генерируется двигателями миозина, связанными с транс-мембранными паразитарными лигандами, называемыми глидосомой, движущимися вдоль актиновых филаментов внутри паразита.
  8. Вторжение завершается закрытием мембраны PVM и эритроцитов.

ХОЗЯЙСТВЕННАЯ МОДИФИКАЦИЯ ЭРИТРОЦИТОВ

Как только внутри эритроцита паразит проходит трофическую фазу с последующей репликативной фазой. Во время этого внутриэритротического периода паразит модифицирует хозяина, чтобы сделать его более подходящим местом обитания. Например, мембрана эритроцитов становится более проницаемой для метаболитов малой молекулярной массы, что, по-видимому, отражает потребности активно растущего паразита (см. Поглощение и проницаемость ).

Другая модификация клетки-хозяина связана с цитоадгезией инфицированных P. falciparum эритроцитов эндотелиальными клетками и полученным секвестром зрелых паразитов в капиллярах и посткапиллярных венулах. Это связывание, вероятно, приводит к микроциркуляторным изменениям и метаболическим дисфункциям, которые могут быть причиной многих проявлений сильной малярии малярии (см. Патогенез ). Цитоадгезионность к эндотелиальным клеткам дает по крайней мере два преимущества для паразита: 1) микроаэрофильная среда, которая лучше подходит для метаболизма паразитов и 2) избегание селезенки и последующее разрушение.

Ручки и цитоадгезия

Основным структурным изменением эритроцита хозяина являются электронно-плотные выступы или «ручки» на мембране эритроцитов инфицированных P. falciparum клеток. Ручки индуцируются паразитом, и с помощью ручек связаны несколько белков паразита ( Deitsch and Wellems 1996 ). Два белка, которые могут участвовать в образовании рун или влияют на субмембранный цитоскелет эритроцитов хозяина и опосредованно индуцировать образование ручек, представляют собой связанный с буйной гистидиновым белком (KAHRP) и белок-2 мембраны эритроцитов ( Pf EMP2), также называемый MESA. Ни KAHRP, ни Pf EMP2 не обнажаются на внешней поверхности эритроцита, а локализованы на цитоплазматической поверхности мембраны хозяина (рис.). Их точные роли в формировании ручек неизвестны, но могут включать реорганизацию субмембранного цитоскелета .

Структура ручек

Считается, что ручки играют роль в секвестрации инфицированных эритроцитов, поскольку они являются точками соприкосновения между инфицированным эритроцитом и сосудистыми эндотелиальными клетками и паразитами, у которых экспрессирующие ручки проявляют самые высокие уровни секвестрации. Кроме того, нарушение KAHRP приводит к потере регуляторов и способности цитоадреи в условиях потока ( Crabb 1997 ). Полиморфный белок, называемый Pf EMP1, также локализуется на ручках и подвергается воздействию на поверхности эритроцитов хозяина. Транслокация Pf EMP1 на поверхность эритроцитов частично зависит от другого связанного с мембраной мембраны эритроцитов, называемого Pf EMP3 ( Waterkeyn 2000 ). Pf EMP1, вероятно, функционирует как лиганд, который связывается с рецепторами на эндотелиальных клетках хозяина. Другие предлагаемые лиганды цитоадгезии включают модифицированную полосу-3, называемую pfalhesin ( Sherman 1995 ), секвестрин, рифины и clag9 ( Craig and Scherf 2001 ) .

Ген var Pf EMP1 является членом семейства генов var ( Hviid 2015 ). Каждый паразит имеет, по оценкам, 40-60 вар генов, которые проявляют высокую степень изменчивости, но имеют сходную общую структуру (рисунок). Pf EMP1 имеет большой внеклеточный N-концевой домен, трансмембранную область и C-терминальный внутриклеточный домен. С-концевая область сохраняется между членами семейства var и, как полагают, привязывает Pf EMP1 к подмембранному цитоскелету эритроцитов. В частности, этот кислотный С-концевой домен может взаимодействовать с основным KAHRP ручкой ( Waller 1999 ), а также с спектрином и актином ( Oh 2000 ).

Внеклеточный домен характеризуется 1-5 копиями доменов Duffy-binding (DBL). Эти DBL-домены сходны с областью связывания рецептора с лигандами, участвующими в инвазии мерозоитов ( см. Выше ). Домены DBL имеют консервативное расстояние между цистеиновыми и гидрофобными остатками, но в остальном мало гомологичны. Филогенетический анализ показывает, что существует пять различных классов (обозначенных как a , b , g , d и e ) доменов DBL ( Hviid 2015 ). Первый DBL всегда является одним и тем же типом (обозначается a ), за ним следует область с междоменным областью, богатой цистеином (CIDR). Переменное число DBL в разных порядках составляет остальную часть внеклеточного домена Pf EMP-1.

Во время каждого митотического цикла гены var подвергаются рекомбинации, что приводит к непрерывной генерации дополнительных вариантов ( Claessens 2014 ). Интересно, что структура семейства генов var присутствует с тех пор, как расхождения P. falciparum и P. reichenowi произошли более двух миллионов лет назад ( Zilversmit 2013 ).

Рецепторы эндотелиальных клеток

Выявленные возможные рецепторы
С помощью анализов связывания in vitro

  • CD36
  • Ig Superfamily
    • ICAM - 1
    • VCAM-1
    • PECAM1
  • Хондроитинсульфат А
  • Рецептор эндотелиального белка С
  • Гепарансульфат
  • гиалуроновая кислота
  • E-селектина
  • тромбоспондин
  • Розетные лиганды
    • CR-1
    • Группа крови A Ag
    • гликозаминогликанов

Несколько возможных эндотелиальных рецепторов (Box) были идентифицированы путем тестирования способности инфицированных эритроцитов связываться в тестах статической адгезии ( Beeson and Brown 2002 ). Одним из наилучших отличий среди них является CD36, интегральный мембранный белок 88 кДа, обнаруженный на моноцитах, тромбоцитах и ​​эндотелиальных клетках. Зараженные эритроциты из большинства изолятов паразитов связываются с CD36, а домен связывания сопоставляется с CIDR Pf EMP1 ( см. Рисунок ). Однако CD36 не был обнаружен на эндотелиальных клетках сосудов головного мозга, а паразиты из клинических изолятов склонны придерживаться как CD36, так и внутриклеточной адгезионной молекулы-1 (ICAM1). ICAM1 является членом надсемейства иммуноглобулина и функционирует в клеточной клеточной адгезии. Кроме того, секвестрация инфицированных эритроцитов и экспрессия ICAM1 была локализована в мозге ( Turner, 1994 ).

Хондроитин сульфат A (CSA) участвует в цитоадгезии внутри плаценты и может способствовать неблагоприятным воздействиям P. falciparum во время беременности. Роль некоторых других потенциальных рецепторов не ясна. Например, прилипание тромбоспондина проявляет низкое сродство и не может поддерживать связывание в условиях потока. Связывание с VCAM1, PECAM1 и E- селектином представляется редким, и вопросы об их конститутивной экспрессии на эндотелиальных клетках были подняты. Однако цитоадгезивность может включать в себя множественные взаимодействия рецепторов и лигандов.

Розеттинг - еще одно явление клея, проявляемое P. falciparum -инфицированными эритроцитами. Зараженные эритроциты из некоторых изолятов паразитов свяжут несколько неинфицированных эритроцитов, и Pf EMP1, по-видимому, играет роль, по крайней мере, в некотором розетообразовании. Возможные рецепторы включают комплемент-рецептор-1 (CR1), антиген группы A или гликозаминогликаны на неопознанном протеогликане. ( См. Рисунок, изображающий возможные взаимодействия рецептор-лиганд, участвующие в розеток на другой веб-странице.)

Связывание фенотипов
Домен рецептор

CIDR CD36
DBL a rosetting
DBL b ICAM-1
DBL g CSA

Различные типы доменов DBL и CIDR ( обсужденные выше ) связываются с различными рецепторами эндотелиальных клеток ( Craig and Scherf 2001 ). Например, DBL a , который содержит первый домен, связывается со многими рецепторами, связанными с розетованием. Связывание CIDR с CD36 может объяснять обилие этого конкретного фенотипа связывания среди изолятов паразитов.

(Веб-страница, собранная Хагаем Гинзбургом, содержит подробные рисунки, изображающие многие аспекты взаимодействий хозяина-паразита , в том числе: состав ручки и взаимодействия рецептор-лиганд , структуру Pf EMP-1 и специфичность связывания , рецепторы эндотелиальных клеток и розетку . Sherman et al (2003) Рассмотрел механизмы цитоадгезии.)

Антигенная вариация

Roberts et al 1992 Кодирование лиганда цитоадгезии с помощью семейства полиморфных генов представляет собой парадокс в том, что взаимодействия рецепторов / лигандов обычно считаются высокоспецифичными. Интересно отметить, что выбор для различных цитоадгезивных фенотипов приводит к изменению конформационного поверхностного антигенного типа ( Biggs 1992 ). Аналогичным образом, исследование линий клональных паразитов показало, что изменения поверхностного антигенного типа коррелируют с различиями в связывании с CD36 и ICAM1. Например, родительская линия (A4) одинаково хорошо прилипала к CD36 и ICAM1, тогда как один из клонов, полученных из А4 (C28), показал заметное предпочтение CD36 (рисунок, измененный от Roberts 1992 ). Binding to ICAM1 was then reselected by panning the infected erythrocytes on ICAM1. All three parasite clones (A4, C28, C28-I) exhibited distinct antigenic types as demonstrated by agglutination with hyper-immune sera.

The expression of a particular PfEMP1 will result in a parasite with a distinct cytoadherent phenotype and this may also affect pathogenesis and disease outcome. For example, binding to ICAM-1 is usually implicated in cerebral pathology. Therefore, parasites expressing a PfEMP1 which binds to ICAM1 may be more likely to cause cerebral malaria. In fact, higher levels of transcription of particular var genes are found in cases of severe malaria as compared to uncomplicated malaria ( Rottmann 2006 ) . Similarly, a higher proportion of isolates which bind to CSA are obtained from the placenta as compared to the peripheral circulation of either pregnant women or children (Figure, modified from Beeson 1999 ) . Furthermore, placental malaria is frequently associated with higher levels of transcription of a particular var gene which binds CSA ( Duffy 2006 ) . This phenomenon is not restricted to the placenta in that there is a dominant expression of particular var genes in the various tissues (Figure, from Montgomery 2007 ). Subsequent work has confirmed that the various variants of PfEMP1 have different tropisms for different tissues ( Smith 2014 ).

CSA Binding
Figure, modified from Beeson 1999 . Shows the proportions of isolates that bind to CSA, CD36, or ICAM-1. Infected erythrocytes were collected from the placenta, peripheral circulation of the mother, or peripheral circulation of the child. Figure, from Montgomery 2007 . Shows the proportion of the various types of PfEMP1 (designated as groups 1-6) expressed in different tissues (brain, lung, heart and spleen) from 3 different patients. PM30 died of severe malaria anemia. PM32 was diagnosed with both cerebral malaria and severe anemia. PM55 was diagnosed with only cerebral malaria.

More recently it has been demonstrated that a distinct subset of var genes are highly transcribed following selection on human brain endothelial cells and that these same distinct subtypes are associated with cerebral malaria ( Aird 2014 ; Cunnington 2013 ; Smith 2013 ). This tissue specific expression of particular var genes implies that different tissues are selecting out different parasite populations based on the particular PfEMP1 being expressed on the surface of the infected erythrocyte.

Although sequestration offers many advantages to the parasite, the expression of antigens on the surface of the infected erythrocyte provides a target for the host immune system. The parasite counters the host immune response by expressing antigenically distinct Pf EMP1 molecules on the erythrocyte surface. This allows the parasite to avoid clearance by the host immune system, but yet maintain the cytoadherent phenotype. This antigenic switching may occur as frequently as 2% per generation in the absence of immune pressure ( Roberts 1992 ). The molecular mechanism of antigenic switching is not known. Experimental evidence indicates that the mechanism is not associated with duplicative transposition into specific expression-linked sites as found in African trypanosomes . Only a single var gene is expressed at a time (ie, allelic exclusion). The non-expressed genes are kept silent by proteins which bind to the promoter region. A gene can become activated by repositioning to a particular location in the nucleus and is associated with chromatin modification. This expression spot can only accommodate a single active gene promoter. Thus the var promoter is sufficient for both the silencing and the mono-allelic transcription of a PfEMP1 allele ( Voss 2006 ; Guizetti 2013 ).

Резюме

Antigenic Variation

РЕКОМЕНДАЦИИ

ССЫЛКИ


Эти страницы разрабатываются и поддерживаются Марк F Уайзер, Тулеен университетом (© 1999) Последнее изменение 1 февраля 2017 г. ,