Molekularne mechanizmy inwazji i adhezji Toxoplasma gondii

Molekularne mechanizmy inwazji Toxoplasma gondii stanowią wysoce wyspecjalizowany system białek i organelli, które umożliwiają pasożytowi skuteczną penetrację komórek gospodarza i barier tkankowych. Zrozumienie tych mechanizmów na poziomie molekularnym otwiera nowe możliwości rozwoju skuteczniejszych strategii prewencji i kontroli niż obecnie dostępne¹.

Rola białka RON13 w procesie inwazji

Zespół z Uniwersytetu Genewskiego (UNIGE), we współpracy z Uniwersytetem w Zurychu (UZH) i Instytutem Paula Scherrera (PSI) w Villigen w Szwajcarii, zidentyfikował kluczową rolę RON13 – białka pasożyta, które jest niezbędne do procesu inwazji¹. RON13 to kinaza zlokalizowana w unikalnym przedziale pasożyta – organelli zawierającej białka przeznaczone do wstrzyknięcia do gospodarza. Bez RON13 infekcja komórek gospodarza jest niemożliwa¹.

Te bardzo szczególne charakterystyki czynią RON13 niewrażliwą na inhibitor, który jest skuteczny na większość kinaz². Jest zatem możliwe, że kinaza podobna do RON13 odgrywa istotną rolę w infekcji przez inne pasożyty, w szczególności przez Plasmodium falciparum – czynnik odpowiedzialny za malarię².

Białko CLAMP i jego podobieństwo do klaudyn

Identyfikacja nowo odkrytego białka MIC T. gondii – białka mikronemowego podobnego do klaudyny apikompleksów (CLAMP) – jako wykazującego podobieństwo strukturalne do klaudyn -15 i -19, jest szczególnie intrygująca³. Chociaż interakcja między klaudynami i białkami transbłonowymi połączeń ścisłych, takimi jak okludyna, nie jest w pełni zrozumiana, wiadomo, że klaudyny oddziałują zarówno w konfiguracji cis, jak i trans w połączeniach ścisłych, a interakcja okludyna-klaudyna może być ważna w regulacji bariery połączeń ścisłych³.

Dalsze prace są teraz potrzebne, aby dostarczyć badania funkcjonalne potwierdzające te odkrycia i odpowiedzieć na kluczowe pytanie wynikające z tego badania: stopień zachowania hipotetycznej odpowiedzi proteomu komórki gospodarza w szerokim zakresie barier tkankowych gospodarza atakowanych przez T. gondii³.

Interakcje z okludyną w transmisji międzykomórkowej

Niedawno potwierdzono rolę okludyny związanej z połączeniami ścisłymi w międzykomórkowej drodze infekcji T. gondii przy użyciu m-ICc12 – in vitro mysiej linii komórkowej nabłonka jelita cienkiego⁴. Wykazano, że tachyzoity T. gondii zarówno kolokalizują z okludyną związaną z połączeniami ścisłymi, jak i powodują redystrybucję okludyny z apikalnej lokalizacji w połączeniach ścisłych do przedziału wewnątrzkomórkowego⁴.

Efekt ten obserwowano ostatnio również przy użyciu linii komórkowej Caco-2 pochodzącej z gruczolakoraka jelita grubego po 24 godzinach infekcji. Mając wiedzę, że okludyna jest kluczowa dla transmisji, dostarczono również dowody na to, że okludyna działa jako receptor podczas międzykomórkowej transmisji pasożyta⁴.

Zdolność T. gondii do przyłączania się i inwazji niemal każdej komórki jądrzastej wraz z ekspresją okludyny w szerokim zakresie typów komórek, w tym komórek śródbłonka naczyń krwionośnych i bariery krew-mózg, wskazuje, że ta nowatorska interakcja między T. gondii a okludyną może być uniwersalnym sposobem międzykomórkowej transmisji pasożyta przez bariery tkankowe gospodarza, w tym nabłonek jelita cienkiego⁴.

Mechanizmy transepitelialnej migracji

Kluczowym krokiem dla ustanowienia infekcji T. gondii i późniejszego przetrwania i proliferacji pasożyta jest przyłączenie pasożyta do bariery nabłonkowej jelita i jej transmisja⁵. Wynik choroby infekcji T. gondii jest zatem wysoce zależny od wirulencji pasożyta, chociaż zaskakująco biologia populacyjna T. gondii zidentyfikowała ograniczoną liczbę dominujących szczepów⁵.

Mechanizm transkomórkowy lub aktywnej penetracji inwazji został dobrze opisany dla tachyzoitów, bradyzoitów i sporoztów T. gondii przy użyciu różnych technik molekularnych i opartych na obrazowaniu⁵. Po transmisji nabłonka jelita cienkiego wiadomo, że T. gondii wykorzystuje ruchliwość naciekających komórek immunologicznych jelita cienkiego w mechanizmie podobnym do konia trojańskiego w celu rozprzestrzenienia się po całym organizmie do wtórnych miejsc infekcji, takich jak tkanki mięśniowe czy mózg⁵.

Mechanizmy przetrwania bez komórki gospodarza

Pasożyty takie jak Toxoplasma gondii inwadują komórki gospodarza, replikują się, a następnie muszą wyjść, aby znaleźć nowe komórki gospodarza do inwazji⁶. Badacze odkryli, że pasożyt wyzwala mechanizm odpowiedzi na stres, który zmienia produkcję białek poprzez fosforylację czynnika zwanego eIF2, którego pasożyt Toxoplasma używa do przetrwania okresów, kiedy znajduje się bez komórki gospodarza⁶.

„Toxoplasma nie lubi być bezdomna” – powiedział William J. Sullivan Jr., Ph.D., profesor farmakologii i toksykologii. „Pozbawienie składników odżywczych i schronienia zapewnianego przez komórkę gospodarza jest poważnym stresem dla pasożyta. Nasze badania odkryły krytyczny szlak, którego pasożyt używa do przetrwania podróży z jednej komórki gospodarza do drugiej”⁶.

Na podstawie wcześniejszych badań grupa wcześniej doniosła, że ten sam system odpowiedzi jest wykorzystywany przez pasożyta, gdy jego komórka gospodarza jest pod stresem, co umożliwia Toxoplasma przekształcenie się w cystę otoczoną ochronną barierą, która może oprzeć się lekom i układowi odpornościowemu organizmu⁶.

Morfologiczne formy pasożyta

Toksoplazmoza ma trzy formy morfologiczne: trofozoita, cystę tkankową i oocystę. Trofozoity inwadują i replikują się w komórkach gospodarza. Cysty tkankowe tworzą się podczas przewlekłej infekcji i zawierają wolno namnażające się bradyzoity. Oocysty tworzą się tylko u żywicieli ostatecznych i są formą infekcyjną wydzielaną w kale⁷.

Cykl życiowy obejmuje rozmnażanie płciowe u kotów/kotowatych i rozmnażanie bezpłciowe u żywicieli pośrednich, takich jak ludzie. Szybko proliferujące trofozoity nazywane są TACHYZOITAMI. Wolno namnażające się pasożyty nazywane są BRADYZOITAMI cysty tkankowej. OOCYSTA tworzona jest tylko u żywiciela ostatecznego i jest formą infekcyjną⁷.

Specyficzne białka inwazyjne

T. gondii zawiera organelle zwane rhoptry i mikronematy. Zawierają one białka do inwazji i efektory do manipulacji odpowiedzią immunologiczną gospodarza. Aby wstrzyknąć je do komórek gospodarza, T. gondii używa kompleksu apikalnego zlokalizowanego w czubku komórki do przebicia błony gospodarza i uwolnienia zawartości tych organelli⁸.

Wewnątrz komórek gospodarza tachyzoity replikują się wewnątrz wyspecjalizowanych wakuoli (zwanych wakuolami pasożytniczymi) utworzonych z błony komórki gospodarza podczas inwazji do komórki⁹. Tachyzoity namnażają się w tej wakuoli, aż komórka gospodarza umiera i pęka, uwalniając i rozprzestrzeniając tachyzoity przez krwiobieg do wszystkich narządów i tkanek organizmu, w tym mózgu⁹.

Przyszłe kierunki badań

Podejścia in silico są coraz częściej używane do identyfikacji nowych genów zainteresowania lub szlaków genetycznych⁵. Zrozumienie tego, jak pasożytowi udaje się wejść do komórek gospodarza, oferuje nowe możliwości opracowania bardziej skutecznych strategii prewencji i kontroli niż obecnie dostępne¹.

Obecnie nie jest jasne, w jaki sposób T. gondii transmiguje nabłonek jelitowy, choć jest to istotne dla zrozumienia patogenezy choroby. Ten przegląd ma na celu zbudowanie zrozumienia tego, jak sukces T. gondii w globalnej patogenezie jest związany z jego zdolnością do szybkiego przekraczania bariery nabłonkowej jelita cienkiego i dostarczenie wglądów w to, jak postęp technologiczny umożliwił dogłębne badanie interakcji T. gondii z komórką gospodarza, potencjalizując projektowanie nowatorskich strategii interwencji i ochrony¹⁰.