Уникальные органеллы паразитов как мишень для терапии

Образование окруженных мембранной органелл — ключевой этап эволюции эукариот. С развитием органелл появилась и необходимость в белках, которые перемещали бы грузы между органеллами. Органеллы и эти белки вместе составляют мембранную систему переноса (membrane-trafficking system, MTS). Примечательно, что большая часть белков системы состоит из паралогов, которые выполняют одну и ту же функцию в разных частях клетки. Существует гипотеза, что гены новых органелл появляются в результате дупликации уже существующих генов и их коэволюции.

Тип Apicomplexa включает в себя важные для здоровья человека одноклеточные паразиты, таких как Toxoplasma gondii и малярийный патоген Plasmodium falciparum. У них есть специальные мембранные органеллы — роптрии и микронемы, которые помогают им заражать клетку. Международная группа ученых проанализировала возникновение и эволюцию этих органелл и идентифицировала специфичный для них белок, который можно использовать для таргетной терапии.

Исследователи использовали биоинформатический анализ и идентифицировали 18 паралогов у представителей типа Apicomplexa и родственных организмов, включая белки SM, SNARE, Rab ГТФазы, RabGAP, G-белки семейства ARF и их регуляторы. Предположительно, эти белки участвовали в возникновении новых органелл.

Среди этих белков — ArlX1, ArlX2 и ArlX3 (Arl от ARF-like). ArlX1, скорее всего, — результат дупликации Arl16, ArlX2 схож с Arl6 и Arl8, происхождение ArlX3 неизвестно. Авторы установили локализацию этих белков у T. gondii. ArlX1 располагался в апикальной части клетки и по периферии, ArlX2 не имел определенной локализации, ArlX3 обнаруживался в транс-аппарате Гольджи, везикулах и микронемах.

Авторы нарушили работу генов arlX1, arlX2 или arlX3 с помощью CRISPR-системы. Отсутствие экспрессии arlX1 и arlX2 не нарушало работу клетки, однако без arlX3 возникали дефекты биогенеза роптрий и микронем, а также аппарата Гольджи и эндосом. Мутантов с полным отсутствием arlX3 невозможно было изолировать. Нокдаун arlX3 практически остановил рост паразита — клетки не могли выполнять отдельные этапы литического цикла, работа которых зависит от биогенеза секреторных органелл. Дополнительные опыты подтвердили, что ArlX3 необходим для доставки содержимого микронем и роптрий из аппарата Гольджи в эти секреторные органеллы.

Работа подтвердила наличие ранее не известных факторов переноса у паразитов эукариот. Без ArlX3 T. gondii реплицировались медленнее и не могли формировать микронемы и роптрии, так что паразит не мог проникать в клетки хозяина. Потенциально его можно использовать как цель для терапии, а этот подход — для поиска других целей.

Часть генов вирулентности токсоплазмы зависит от IFN-γ