Малярийный плазмодий снижает уровень экспрессии основного антигена, чтобы стать «невидимым» для иммунитета

Малярийные плазмодии Plasmodium falciparum реплицируются в эритроцитах. Они доставляют адгезины, такие как PfEMP1, на поверхность эритроцитов, чтобы те прикрепились к эндотелию сосудов и не попали в селезенку. Это может закупорить сосуд и вызвать воспаление. В ответ иммунная система человека атакует PfEMP1, но плазмодий может избежать ее действия, экспрессируя другою изоформу PfEMP1 (это свойство называется антигенной изменчивостью). Различные изоформы PfEMP1 кодируются семейством генов var (около 60 паралогов на гаплоидный геном). Считается, что за один раз может экспрессироваться только один ген var, за это отвечает эпигенетическая регуляция. Смена экспрессируемого гена var позволяет плазмодию персистировать в организме год или более, пока репертуар генов var не будет исчерпан. Но есть случаи, когда асимптоматическая инфекция длилась десятилетиями. Неясно, как в таких случаях паразит уходит от действия иммунной системы.

В недавних исследованиях были выявлены два профиля экспрессии семейства var: или высокий уровень экспрессии одного гена var, или экспрессия нескольких генов на низком уровне. Плазмодий может переключаться между этими профилями. Молекулярный механизм этого процесса не был изучен, поэтому в новой работе исследователи из США применили подход для анализа единичных клеток, чтобы выявить профили экспрессии генов var отдельных плазмодиев.

Авторы проанализировали культивированные популяции малярийного плазмодия при помощи количественной ПЦР в реальном времени и РНК-секвенирования. Они подтвердили, что часть популяций экспрессирует только один вариант гена var, в то время как другая экспрессирует несколько вариантов на более низком уровне. Далее ученые провели РНК-секвенирование отдельных клеток методом Drop-seq из двух популяций с экспрессией одного варианта и двух популяций со множественной экспрессией. Клетки из популяций с единичной экспрессией демонстрировали значительно более высокий общий уровень экспрессии var. В то же время более 75% клеток из популяций со множественной экспрессией не имели детектируемой экспрессии var. Также было обнаружено множество клеток, экспрессирующих два и более варианта var, что расходится с текущими представлениями о регуляции экспрессии этого гена. Такие клетки обнаруживались также в популяциях с единичной экспрессией, хоть и в значительно меньшем количестве.

Авторы ранее показали, что снижение уровня S-аденозилметионин синтетазы (SAMS) приводит к повышению экспрессии var. Более того, нокаут SAMS провоцирует экспрессию множества вариантов var в популяции. В новой работе авторы проанализировали две популяции с нокдауном SAMS. Оказалось, что уровень экспрессии var в отдельных плазмодиях был значительно повышен. Более того, более 80% паразитов экспрессировали несколько вариантов var. При этом внутри одной популяции они экспрессировали одинаковые варианты гена, различающиеся между популяциями.

Чтобы удостовериться, что полученные результаты не связаны с ограничениями использованного метода РНК-секвенирования (Drop-seq), авторы повторили анализ с использованием таргетных проб, а также микролуночной системы, разработанной Honeycomb Biotechnologies. В обоих случаях результаты анализа соотносились с полученными методом Drop-seq.

Наконец, исследователи проверили, как экспрессия множества вариантов гена var влияет на способность плазмодия избегать активности иммунитета. Для этого использовали IgG, полученный от людей, иммунных к симптоматической малярии. Оказалось, что паразиты, экспрессирующие один вариант гена, значительно лучше узнаются IgG, вне зависимости от того, какой именно вариант экспрессируется. Но паразиты, экспрессирующие низкие уровни нескольких вариантов, узнавались значительно хуже. Во всех популяциях наблюдалась значимая корреляция уровня общей экспрессии var с уровнем узнавания клеток IgG.

Таким образом, авторы показали, что P. falciparum способен экспрессировать несколько вариантов гена var одновременно или же не экспрессировать его вовсе. Они предполагают, что механизмы снижения экспрессии var могут быть задействованы при хроническом бессимптомном протекании малярии, позволяя паразитам долгое время оставаться «невидимыми» для иммунитета.

Ферменты плазмодия, расщепляющие лизолецитины хозяина, могут стать мишенью противомалярийных препаратов