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Jun 03, 2023

Strutture endocitiche stabili navigano nella complessa pellicola dei parassiti apicomplexa

Nature Communications volume

Nature Communications volume 14, numero articolo: 2167 (2023) Citare questo articolo

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I parassiti Apicomplexa hanno un impatto immenso sull’umanità, ma i loro processi cellulari di base sono spesso poco conosciuti. Dove avviene l'endocitosi in queste cellule, quanto è conservato questo processo negli altri eucarioti e quali sono le funzioni dell'endocitosi in questo phylum sono le principali domande senza risposta. Utilizzando il modello apicomplexano Toxoplasma, abbiamo identificato la composizione molecolare e il comportamento di strutture endocitiche insolite e fisse. Qui, i complessi stabili delle proteine ​​endocitiche differiscono notevolmente dall'assemblaggio/disassemblaggio dinamico di questi macchinari in altri eucarioti. Identifichiamo che queste strutture endocitiche corrispondono al "microporo" osservato in tutto l'Apicomplexa. Inoltre, un adattamento molecolare conservato di questa struttura è osservato negli apicomplexani, inclusa la proteina K13 con dominio kelch, che è fondamentale per la resistenza ai farmaci antimalarici. Determiniamo che una funzione dominante dell'endocitosi nel Toxoplasma è l'omeostasi della membrana plasmatica, piuttosto che la nutrizione dei parassiti, e che queste strutture endocitiche specializzate hanno avuto origine all'inizio dell'infraregno Alveolata, probabilmente in risposta alla complessa pellicola cellulare che definisce questo antico lignaggio eucariotico importante dal punto di vista medico ed ecologico.

Apicomplexa è un phylum diversificato di parassiti intracellulari eucariotici che infettano tutti i principali taxon animali, compreso l'uomo. Il Plasmodium spp. che causa la malaria. sono responsabili di oltre 600.000 decessi all’anno1. Cryptosporidio spp. sono una delle principali cause di morbilità e mortalità per diarrea nei bambini di età inferiore a 5 anni2,3, e il Toxoplasma gondii è il parassita umano più diffuso che, secondo le stime, infetta un terzo della popolazione mondiale4. Sebbene nella maggior parte degli adulti il ​​Toxoplasma non causi malattie gravi, può causare toxoplasmosi congenita pericolosa per la vita, malformazioni fetali e aborto, cecità ed encefalite, con i soggetti immunocompromessi più sensibili5,6. Altri membri di Apicomplexa infettano il bestiame economicamente importante attraverso il quale hanno anche un forte impatto sul benessere umano7.

Una caratteristica chiave degli apicomplexans è il complesso della membrana interna (IMC), una serie quasi continua di vescicole membranose appiattite (alveoli) sotto la membrana plasmatica e supportata da un complesso scheletro di membrana proteica. Questa pellicola IMC fornisce forma e forza cellulare ed è la piattaforma critica per un apparato di motilità di scorrimento che consente l'attraversamento del tessuto parassita e il meccanismo per l'invasione della cellula ospite8,9. L'IMC, tuttavia, separa la maggior parte della membrana plasmatica del parassita dal suo citoplasma e costituisce, quindi, una barriera ai processi di scambio materiale di endocitosi ed esocitosi. Questo è un antico problema per queste cellule perché la pellicola a base di alveoli precede lo sviluppo del parassitismo degli apicomplexa ed è una caratteristica comune condivisa con dinoflagellati e ciliati, gli altri due principali lignaggi dell'infraregno Alveolata10,11. Comprendere le soluzioni alle sfide presentate dall’IMC è, quindi, altrettanto importante per comprendere le principali funzioni ecologiche di questi organismi nella produzione primaria oceanica, nella simbiosi dei coralli, nelle reti alimentari e nel riciclaggio dei nutrienti. Gli adattamenti per l'esocitosi attraverso l'IMC sono meglio studiati negli apicomplexa perché lo scarico regolato di micronemi e rottrie degli organelli secretori guida i processi di attaccamento della cellula ospite, esplorazione mobile e invasione delle cellule ospiti12,13,14. Questa secrezione avviene attraverso il complesso apicale, una struttura citoscheletrica integrata nell'IMC che fornisce una finestra di membrana plasmatica disponibile all'apice della cellula per l'aggancio e la fusione delle vescicole15. Una conoscenza approfondita dei dettagli molecolari di questi processi esocitici è stata ottenuta attraverso decenni di intense indagini16,17,18 ed è evidente che molti di questi adattamenti sono presenti nei relativi dinoflagellati e ciliati19. I dettagli e gli adattamenti per l'endocitosi, d'altra parte, hanno ricevuto molta meno attenzione in questi organismi.