Дофамин необходим для проникновения паразитических червей через кожу

Паразитические круглые черви, проникающие через кожу, включая угрицу кишечную Strongyloides stercoralis и анкилостомы родов Necator и Ancylostoma, поражают более 600 миллионов человек ежегодно во всем мире. Заражение этими паразитами приводит к задержке развития у детей, вызывает хронические заболевания как у детей, так и у взрослых и может быть смертельно опасным для людей с ослабленным иммунитетом. Лечение есть, но все чаще встречаются резистентные черви. Проникновение через кожу — важный этап заражения, и он же может стать мишенью для препаратов нового поколения. Однако мало известно о том, как именно личинки преодолевают этот барьер.

S. stercoralis проникает через кожу человека на стадии личинки (iL3). У этого паразита сложный жизненный цикл, во время которого он живет как внутри организма хозяина, так и вне его. Чтобы изучить процессы, происходящие на коже хозяина, исследователи вырезали кусочек кожи у крысы, убрали шерсть и подвесили над солевым раствором. Флуоресцентные личинки S. stercoralis помещали на кожу и периодически фотографировали их движения.

Подсаженные на кожу S. stercoralis сначала немного проползали вперед, останавливались и начинали надавливать на кожу головой, не нарушая целостность кожи. Вероятно, черви «пробовали» кожу на наличие слабых мест, например, волосяных фолликул. После надавливания червь или полз дальше, или прокалывал кожу головой. После этого личинка могла или полностью исчезнуть под кожей, или попробовать заново в другом месте.

Далее поведение S. stercoralis изучили на коже человека (полученной посмертно или как побочный продукт пластической операции). Личинки чаще надавливали на кожу человека, чем на крысиную кожу, и меньше передвигались перед первой попыткой проникновения. Вероятно, это связано с тем, что человек является хозяином этого паразита, а крыса — нет. Тем не менее, черви могли проникать под кожу обоих организмов.

Паразит крыс S. ratti вел себя схожим образом, но демонстрировал предпочтение к крысиной коже. В итоге 100% личинок S. ratti проникли через кожу крысы (организма-хозяина), тогда как только около 40% проникали через кожу человека, не являющегося хозяином. Эта разница может быть связана еще и с тем, что кожа крысы гораздо мягче человеческой.

Таким образом, паразитические личинки анализируют текстуру кожи, чтобы найти подходящее место для проникновения. У свободноживущей нематоды Caenorhabditis elegans обнаружение текстурированных поверхностей опосредуют дофаминергические нейроны. Авторы предположили, что дофаминовый сигналинг червей может регулировать распознавание текстуры кожи и обуславливать последующее проникновение у S. stercoralis. Для проверки этого предположения они обработали личинок S. stercoralis галоперидолом, нарушающим активность дофаминовых рецепторов. Такие личинки ползали по коже крысы кругами, редко пробуя проникнуть внутрь. Если обработать таких личинок дофамином, нормальное поведение восстанавливается. Схожие результаты были получены на личинках S. ratti.

Далее исследователи обработали личинки галоперидолом и поместили их на живых крыс (на предварительно обритый участок). Только ~10–20% личинок, обработанных галоперидолом, проникали через кожу живых крыс по сравнению с ~80% контрольных личинок.

Опыты повторили на паразитическом черве Ancylostoma ceylanicum и получили схожие результаты. То есть дофаминовый сигналинг играет консервативную роль в обеспечении проникновения через кожу у паразитических червей, являющихся дальними родственниками.

Авторы нарушили биосинтез дофамина у S. stercoralis с помощью системы CRISPR/Cas9. Такие личинки почти не пробовали проникнуть через кожу, они ползали кругами, а попытки надавить на кожу длились примерно в два раза меньше, чем у личинок дикого типа. Мутантные черви также часто двигались назад, что не характерно для личинок дикого типа. То есть, даже проникнув через кожу, они нередко выползали обратно. Таким образом, дофаминовый сигналинг контролирует несколько аспектов поведения, связанного с проникновением через кожу: надавливание, проколы и способность успешно завершить проникновение после прокола.

Подавив активность дофаминовых нейронов, исследователи показали, что личинки вели себя схожим образом. Более половины личинок не смогли проникнуть сквозь кожу, обычно потому, что не смогли ее проколоть. Возможно, подавление активности было неполным, что может объяснить более слабый эффект этого подхода.

Затем авторы задались вопросом, существуют ли специфические для червей компоненты дофаминергического пути, которые можно было бы использовать для их контроля без вмешательства в дофаминовый сигналинг организма-хозяина. Они предположили, что такой мишенью мог бы быть канал с транзиторным рецепторным потенциалом TRP-4. Нокаут Sst-trp-4 у S. stercoralis предотвращал проникновение личинки через кожу. Более 60% мутантных червей на коже крысы и 50% на коже человека вообще не смогли проколоть кожу.

Эти результаты показывают, что Sst-TRP-4 играет ключевую роль в проникновении через кожу S. stercoralis. Примечательно, что Sst-TRP-4 нет у человека, но есть у A. ceylanicum. Таким образом, местные препараты, воздействующие на Sst-TRP-4, теоретически способны предотвращать инфекции, вызываемые различными видами проникающих через кожу паразитических червей, без побочных эффектов у человека.

Нейроны млекопитающих можно контролировать ультразвуком