Noua abordare de screening dezvăluie proteine ​​care ajută paraziții să intre și să iasă din gazde

Colaj de vacuole de Toxoplasma. 1 credit

Sebastian Lourido, coleg de la Whitehead Institute, și membrii laboratorului său studiază parazitul Toxoplasma gondii. Parazitul provoacă boala toxoplasmoza, care poate fi periculoasă pentru femeile însărcinate sau imunodeprimate.

Pe măsură ce parazitul a evoluat de-a lungul mileniilor, phylum-ul său (paraziții apicomplexani) s-a desprins de alte ramuri ale vieții, reprezentând o provocare pentru cercetătorii care speră să-i înțeleagă genetica. „Toxoplasma este foarte diferită de organismele pe care le studiem de obicei, cum ar fi șoarecii, drojdiile și [nematodes]„, a spus Tyler Smith, cercetător la laboratorul Lourido și student absolvent la Institutul de Tehnologie din Massachusetts (MIT). „Laboratorul nostru este foarte concentrat pe dezvoltarea truselor de instrumente pentru a sonda și a studia genomul acestor paraziți.

Acum, într-un articol publicat în jurnal Microbiologie naturală pe 28 aprilie, Smith și colegii lor descriu o nouă metodă pentru a determina rolul genelor în genomul parazitului. Metoda poate fi realizată de un singur cercetător și depășește simpla evaluare a importanței sau nu a unei anumite gene pentru supraviețuire. Prin inserarea unor secvențe specifice, cum ar fi cele care codifică markeri fluorescenți sau secvențe care pot activa și dezactiva o genă, pe tot parcursul genomului Toxoplasma, metoda permite cercetătorilor să vizualizeze unde se află produsul unei gene individuale în paraziți și să identifice când se află în ciclul de viață. . genele importante au devenit esențiale, oferind informații mai detaliate decât un ecran CRISPR tradițional.

Deși teoretic metoda ar putea fi utilizată cu orice familie de gene, Smith și Lourido au decis să se concentreze mai întâi pe o familie de proteine ​​numite kinaze, al cărei cod genetic include aproximativ 150 din totalul de 8.000 de gene din Toxoplasma.

„Kinazele sunt interesante din perspectiva biologiei de bază, deoarece sunt centre de semnalizare pentru procesele biologice de bază”, a spus Smith, care este primul autor al studiului. Dintr-o perspectivă mai translațională, kinazele sunt ținte de droguri foarte comune. Avem o mulțime de inhibitori care funcționează cu kinaze. Pentru unele tipuri de cancer specifice kinazei, inhibitorii pot fi chimioterapii.

Folosind această metodă, cercetătorii au descoperit o genă care codifică o kinază nestudiată anterior, pe care au numit-o SPARK. Ei au reușit să arate că kinaza SPARK este implicată în procesul de intrare și ieșire a paraziților în celulele gazdă, iar cercetările viitoare asupra inhibitorilor SPARK ar putea duce la noi tratamente pentru toxoplasmoză. „Identificarea acelor kinaze care sunt cu adevărat vitale pentru acele puncte critice de decizie în ciclul de viață al unui parazit ar putea fi cu adevărat fructuoasă pentru dezvoltarea de noi terapii”, a spus Lourido, care este și profesor asociat de biologie la MIT.






Paraziții Toxoplasma cu niveluri normale de proteine ​​SPARK nu au nicio problemă în a părăsi celulele gazdă

Noi dimensiuni ale ecranului

Multe ecrane CRISPR folosesc tehnologia de editare a genelor pentru a elimina genele din genomul unui eșantion de celule, creând o populație în care fiecare genă din genom este mutată în cel puțin una dintre celule. Apoi, analizând care mutații au efecte dăunătoare asupra celulelor, cercetătorii pot extrapola genele esențiale pentru supraviețuire.

Dar funcționarea unui întreg organism este infinit mai complicată decât supraviețuirea sau moartea, iar cercetătorii se confruntă adesea cu o provocare atunci când vine vorba de a afla exact ce fac diferitele produse genetice în celule. De aceea, Smith și Lourido și-au propus să proiecteze o metodă de screening pentru genele Toxoplasma, care ar putea oferi mai multe informații despre ceea ce fac produsele acelor gene. „Ecranele CRISPR vă pot spune care gene sunt importante, dar nu vă oferă multe informații despre motivul pentru care sunt importante”, a spus Smith. „Am căutat să creăm un fel de platformă care să poată privi și alte dimensiuni”.

Smith și Lourido au folosit tehnologia CRISPR pentru a introduce cantități mici de ADN nou în genele paraziților care codifică kinaze. Noul ADN a inclus secvențe care codifică o proteină marker fluorescent și secvențe care pot fi utilizate pentru a manipula nivelurile de expresie a genelor.

După ce au creat o populație de paraziți modificați în acest fel, cercetătorii au folosit apoi imagistica pentru a determina unde au ajuns proteinele marcate fluorescent în celule și pentru a observa ce s-a întâmplat în celule atunci când proteinele au fost oprite. „Potând să vedem diferite fenotipuri de diviziune celulară – de exemplu paraziți care nu s-au reprodus deloc sau au încercat să se replice, dar ar avea anomalii – ne aduce mai aproape și ne permite să generăm ipoteze cu privire la motivul pentru care aceste kinaze sunt importante, nu doar indiferent dacă sunt importante sau nu”, a spus Smith.

Epuizarea unor proteine ​​a făcut paraziții să moară instantaneu, în timp ce alții i-au afectat într-o etapă ulterioară a ciclului lor de viață, astfel încât aceștia să se retragă mai lent din populație. „Celulele cu mutații în aceste kinaze se reproduc bine, dar poate apărea o problemă atunci când trebuie să părăsească celula gazdă și să intre într-o nouă celulă gazdă mai târziu”, a spus Smith.






Paraziții cu SPARK epuizat nu pot ieși.

O „SCANTEIE” de inspirație

După screening, cercetătorii au urmărit în special una dintre aceste kinaze, pe care au numit-o SPARK (prescurtare de la Store Potentiating/Activating Regulatory Kinase). Mutanții lipsiți de SPARK au murit, dar nu decât mai târziu în ciclul de viață. Smith și Lourido au efectuat experimente suplimentare pentru a înțelege rolul SPARK și au găsit dovezi că proteina a fost implicată în eliberarea de calciu în celulă, care este necesar pentru ca un parazit să intre sau să părăsească o celulă gazdă.

„Ceea ce mi s-a părut foarte interesant despre SPARK este că este o kinază foarte diferită de kinaza analogă din alte organisme model, dar conservată în întregul filum Apicomplex”, a spus Smith. „Este filiala care include Toxoplasma și o grămadă de alți paraziți unicelulari, cum ar fi Plasmodium, care este parazitul malariei”.

Deoarece SPARK este foarte diferit de analogul său uman și esențial pentru ciclul de viață al parazitului, un inhibitor de kinază specific SPARK ar putea fi utilizat pentru a trata toxoplasmoza prin uciderea parazitului fără a afecta pacientul. „Speranța ar fi că ați putea viza SPARK și să-l inhibați fără a lovi kinazele de mamifere”, a spus Smith. „Este destul de ușor să proiectezi ceva care să omoare o celulă, dar trucul este să ucizi doar paraziții și nu propriile celule”.

În viitor, cercetătorii speră să-și îndrepte noua metodă de screening către alte familii de gene, cum ar fi factorii de transcripție, pentru a înțelege funcția lor în paraziți. „Rezultatele noastre au fost destul de încurajatoare, deoarece credem că această metodă va fi scalabilă și că putem viza seturi mai mari de gene în viitor”, a spus Smith. „Cred că scopul final ar fi acela de a face întregul genom”.

„Există acest întreg univers de proteine ​​parazitare despre care știm atât de puțin, unde acest tip de analiză va fi incredibil de perspicace”. spuse Lourido. „Suntem foarte, foarte încântați să-l extindem în continuare.


Supraviețuirea parazitului malariei este legată de două proteine


Mai multe informatii:
Tyler A. Smith și colab., Screeningul toxoplasmei kinome cu etichetare cu randament mare identifică regulatorul invaziei și ieșirii, Microbiologie naturală (2022). DOI: 10.1038/s41564-022-01104-0

Furnizat de Institutul Whitehead pentru Cercetare Biomedicală

Citat: Noua abordare de screening dezvăluie proteine ​​care ajută paraziții să intre și să iasă din gazde (29 aprilie 2022) Preluat la 29 aprilie 2022 de la https://phys.org/news/2022-04-screening-approach- revelas-protein-parasites. html

Acest document este supus dreptului de autor. Cu excepția utilizării loiale în scopuri de studiu sau cercetare privată, nicio parte nu poate fi reprodusă fără permisiunea scrisă. Conținutul este oferit doar cu titlu informativ.

Add Comment