Апикальное закрепление и стабилизация субпелликулярных микротрубочек апикальным полярным кольцом обеспечивает заражение плазмодиями оокинет у комаров.

Nature Communications, том 13, номер статьи: 7465 (2022) Цитировать эту статью

Доступы 1855 г.

10 Альтметрика

Подробности о метриках

Морфогенез многих простейших зависит от формирования поляризованного кортикального цитоскелета, содержащего субпелликулярные микротрубочки (SPMT), которые имеют апикальное ядро и закрепляются апикальным полярным кольцом (APR). У малярийного паразита Plasmodium APR возникает на стадиях проникновения в хозяина, включая оокинету при заражении комарами. До сих пор тонкая структура и молекулярные компоненты APR, а также основной механизм APR-опосредованного апикального позиционирования SPMT в значительной степени неизвестны. Здесь мы обнаруживаем беспрецедентную структуру APR, состоящую из верхнего кольца и примерно 60 расходящихся шипов. Мы сообщаем о белке APR2, локализующем APR и связывающем SPMT. Нарушение APR2 нарушает морфогенез оокинет и скользящую подвижность, что приводит к нарушению передачи плазмодий у комаров. Оокинеты с дефицитом APR2 демонстрируют дефектную апикальную фиксацию APR и SPMT из-за нарушения целостности APR. Используя близкую маркировку белков, мы получили протеом APR Plasmodium ookinete и подтвердили десять неописанных белков APR. Среди них APRp2 и APRp4 напрямую взаимодействуют с APR2, а также опосредуют апикальную фиксацию SPMT. Это исследование проливает свет на молекулярную основу APR в организации SPMT Plasmodium ookinete.

Малярия остается глобальным инфекционным заболеванием, вызываемым одноклеточными апикомплексными простейшими рода Plasmodium, которое, по оценкам, привело к 627 000 смертей во всем мире в 2020 году, что на 12% больше, чем в 2019 году1. Передача малярийного паразита зависит от его успешного заражения и развития в самка комара-переносчика Anopheles. Попадая в среднюю кишку комара после приема крови, гаметоциты немедленно активируются для гамет, которые оплодотворяются с образованием зигот. В течение 12–24 часов сферические зиготы подвергаются замечательному морфогенезу «выпячивание-удлинение-созревание», чтобы дифференцироваться в серповидные оокинеты2,3,4. Только зрелые оокинеты, обладающие скользящей подвижностью, способны проникать через стенку средней кишки комара и колонизировать базальный просвет, где внутри ооцисты развиваются тысячи спорозоитов для передачи паразита5,6.

Plasmodium ookinete, а также две другие инвазивные стадии «зоита» (спорозоит, проникающий в слюнные железы и гепатоциты, и мерозоит, проникающий в эритроциты), обладают кортикальной пелликулой, уникальной для апикомплексных организмов7,8. Снаружи внутрь пелликула состоит из плазматической мембраны паразита, двухмембранного комплекса внутренней мембраны органелл (IMC) и слоя апикально расходящихся субпелликулярных микротрубочек (SPMT), которые тесно связаны друг с другом и простираются вдоль периферия паразита7,8. На разных стадиях зоита собирается разное количество SPMT: около 60 SPMT в оокинетах4,8,9,10,11,12, 16 SPMT в спорозоитах13 и 1–4 SPMT в мерозоитах14,15,16. Выяснение тонкой структуры массива SPMT у плазмодия долгое время было затруднено из-за ограниченного разрешения этой компактной структуры с помощью традиционной электронной или флуоресцентной микроскопии. Недавно Бертьо и др. применили элегантную микроскопию расширения ультраструктуры (U-ExM) и наблюдали удивительное куполообразное расположение массива SPMT размером с клетку с беспрецедентным разрешением у оокинетов14. В Plasmodium массивы SPMT играют как минимум две важные роли. Один из них служит каркасом, поддерживающим морфогенез паразитов4,17, поддерживающим необычные формы клеток13 и обеспечивающим жесткость паразита во время скольжения и инвазии18. Другой служит платформой для стыковки апикальных секреторных органелл 17, секреция белков которых осуществляется через предполагаемые апикальные ворота для скольжения и инвазии паразитов. Хотя цитоскелет SPMT является фундаментальным для морфогенеза, скольжения и инвазии паразитов, механизмы его апикального биогенеза, закрепления пелликул и регуляции геометрии остаются в значительной степени неизвестными.

2) detected in both Tb-APR2/Tb-CytoI and Tb-ARA1/Tb-CytoII PL dataset. The top 10 hits were chosen for further analysis. h IFA of APR protein candidates (top 10 hits in g) expression in the ookinetes. Each candidate protein was C-terminally fused with a 6HA and episomally expressed in ookinetes of the ap2::gfp parasite. Scale bars: 5 μm. Two independently performed experiments with similar results./p>80%) were separated into 3 × 105 per tube containing 500 μL of PBS for one U-ExM experiment. Thereafter the U-ExM steps were performed as mentioned above. For visualizing the biotin-labeled structure, Alexa Fluor 488-conjugated streptavidin (SA-488, 1:1000) were used after the secondary antibodies staining procedure in the U-ExM./p>