Блог

Sep 14, 2023

Идентификация и локализация белков полярной трубочки в экструдированной полярной трубке микроспоридии Anncaliia algerae

Scientific Reports, том 13, номер статьи: 8773 (2023) Цитировать эту статью 311 Доступы Метрики Подробности Микроспоридии являются облигатными внутриклеточными паразитами, способными заражать широкий круг хозяев от

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8773 (2023) Цитировать эту статью

311 Доступов

Подробности о метриках

Микроспоридии — облигатные внутриклеточные паразиты, способные инфицировать широкий круг хозяев от беспозвоночных до позвоночных. Успех их процесса инвазии основан на оригинальной органелле, полярной трубке, которая внезапно вытягивается из споры, чтобы инокулировать спороплазму в цитоплазму хозяина. Полярная трубка в основном состоит из белков, называемых белками полярной трубки (PTP). Сравнительный анализ позволил идентифицировать гены, кодирующие 5 PTP (PTP1–PTP5) в геноме микроспоридии Anncaliia algerae. В то время как PTP1 и PTP2 обнаруживаются по всей полярной трубке, PTP3 присутствует в большей части экструдированной полярной трубки, за исключением ее концевой части. Напротив, PTP4 специфически обнаруживается в концевой части полярной трубки. Для завершения репертуара PTP были проведены последовательные экстракции споральных белков с высокой концентрацией восстановителей. Кроме того, был разработан метод очистки полярных трубок. Масс-спектрометрический анализ, проведенный на обоих образцах, привел к идентификации PTP3-подобного белка (PTP3b), а новый PTP (PTP7) обнаружен только на конце полярной трубки. Специфическая локализация PTP ставит вопрос об их роли в процессах клеточной инвазии, используемых A. algerae.

Микроспоридии – облигатные внутриклеточные паразиты, относящиеся к грибам. Существует около 220 родов и 1700 видов, способных инфицировать широкий круг хозяев – от насекомых до млекопитающих, включая человека1. Интерес к микроспоридиям возрос в последние десятилетия из-за их участия в заболеваниях человека, преимущественно у пациентов с ослабленным иммунитетом, включая людей с ВИЧ и людей, принимающих иммунодепрессанты2,3. Однако микроспоридии считаются не только условно-патогенными микроорганизмами, поскольку они также могут быть причиной инфекций у иммунокомпетентных хозяев4,5. Несколько видов могут инфицировать человека, включая водоросли Anncaliia (син. Nosema, Brachiola), первоначально идентифицированные у комаров Anopheles Stephensi6. Этот вид считается возникшей причиной миозита, но он также был связан с инфекциями голосовых связок, кожи, глаз или диссеминированными инфекциями, главным образом у пациентов с иммуносупрессией7. Также известно, что A. algerae вызывает инфекции у мышей SCID8, а совсем недавно было показано, что они заражают Drosophila melanogaster9. In vitro этот вид микроспоридий можно выращивать в широком спектре клеточных линий, включая клетки насекомых10, рыб11 и млекопитающих12.

Микроспоридии характеризуются инфекционной и высокоустойчивой во внешней среде формой споры, размер которой варьирует примерно от 1 до 20 мкм в зависимости от вида. Спора окружена толстой и жесткой клеточной стенкой, которая ограничивает спороплазму, т.е. инфекционное содержимое паразита13. Микроспоридии также привлекают большое внимание из-за их уникальной органеллы, называемой полярной трубкой, которая участвует в одном из самых интересных механизмов инвазии. Когда споры подвергаются воздействию недостаточно четко определенных условий окружающей среды, эта высокоспециализированная спиральная структура быстро выдавливается и образует полую трубку, необходимую для транспортировки и доставки спороплазмы (включая ядро) в цитоплазму клетки-хозяина14. Этот процесс, называемый прорастанием спор, происходит менее чем за 2 с.

Полярная трубка представляет собой мультибелковый комплекс, который, как известно, устойчив к диссоциации в детергентах и ​​кислотах, но растворяется восстановителями, такими как дитиотреитол (ДТТ) или 2-меркаптоэтанол (2-МЕ), что позволяет предположить, что дисульфидные мостики играют важную роль в стабилизации этой структуры15. Исследования, проведенные до сих пор по его составу, привели к идентификации основных белков, известных как белки полярных трубок (PTP). Шесть PTP (от PTP1 до PTP6) были описаны у многочисленных видов микроспоридий15,16. PTP1, первый компонент полярной трубки, идентифицированный как у Encephalitozoon cuniculi, так и у E. hellem17,18, представляет собой кислый белок, богатый пролином. Кроме того, этот PTP O-маннозилирован и характеризуется высокой степенью дивергенции последовательностей между видами19,20. Белки PTP2 представляют собой белки, богатые лизином, и имеют основную изоэлектрическую точку. И PTP1, и PTP2 содержат множество остатков цистеина, которые могут участвовать во внутри- и/или межбелковых дисульфидных мостиках. Было продемонстрировано, что гены Encephalitozoon spp ptp1 и ptp2 организованы в кластеры, и эта организация, по-видимому, консервативна между несколькими геномами микроспоридий21,22. PTP3, впервые описанный у E. cuniculi с помощью иммуноскрининга библиотеки кДНК23, представляет собой белок с более высокой молекулярной массой (> 1100 а.о.), богатый заряженными аминокислотами и, в отличие от PTP1 и PTP2, растворим в отсутствие тиолвосстанавливающего агента. Белки семейства PTP3 обнаружены во всех доступных протеомах микроспоридий и оказались более консервативными, чем PTP1 и PTP2. Интересно, что как экстракты белков сшитых полярных трубок, так и анализ двух гибридных дрожжей показали, что PTP1, PTP2 и PTP3 взаимодействуют друг с другом23,24. Лишенный цистеина, PTP3 может быть каркасным белком при взаимодействии с другими PTP. После этого подход, основанный на протеомике, у E. cuniculi позволил идентифицировать два новых PTP, названных PTP4 и PTP525. Белок PTP4 E. cuniculi богат глутаматом, тогда как PTP5 богат остатками лизина и имеет 20% сходства с последовательностью PTP426. Как и гены ptp1 и ptp2, гены ptp4 и ptp5 также обнаружены в кластере, а ортологи присутствуют во многих геномах микроспоридий15. Недавно идентифицированный PTP6, описанный у паразита тутового шелкопряда Nosema Bombycis, представляет собой богатый гистидином и серином белок, ортологи которого идентифицированы только у ограниченного числа видов (Encephalitozoon spp и N. ceranae, паразит медоносных пчел) и способный связываться с поверхность клетки-хозяина16. Из-за высоких темпов эволюции микроспоридий PTP характеризуются высокой степенью различий в последовательностях между видами, что затрудняет идентификацию ортологов.