Ancoragem apical e estabilização de microtúbulos subpeliculares pelo anel polar apical garantem infecção por Plasmodium ookinete em mosquito

Nature Communications volume 13, número do artigo: 7465 (2022) Citar este artigo

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A morfogênese de muitos protozoários depende de um estabelecimento polarizado do citoesqueleto cortical contendo os microtúbulos subpeliculares (SPMTs), que são nucleados apicalmente e ancorados pelo anel polar apical (APR). No parasita da malária Plasmodium, o APR surge nos estágios de invasão do hospedeiro, incluindo o oocineto para infecção por mosquito. Até agora, a estrutura fina e os componentes moleculares da APR, bem como o mecanismo subjacente do posicionamento apical dos SPMTs mediado pela APR, são em grande parte desconhecidos. Aqui, resolvemos uma estrutura APR sem precedentes composta por um anel superior mais aproximadamente 60 espinhos radiantes. Relatamos uma proteína APR2 de localização de APR e de ligação a SPMT. A interrupção do APR2 prejudica a morfogênese do ookinete e a motilidade de deslizamento, levando à falha na transmissão do Plasmodium em mosquitos. Os ookinetes deficientes em APR2 apresentam ancoragem apical defeituosa de APR e SPMT devido à integridade prejudicada de APR. Usando marcação de proximidade de proteínas, obtemos um proteoma APR de ookinete de Plasmodium e validamos dez proteínas APR não descritas. Dentre eles, APRp2 e APRp4 interagem diretamente com APR2 e também medeiam a ancoragem apical das SPMTs. Este estudo lança luz sobre a base molecular da APR na organização de SPMTs de Plasmodium ookinete.

A malária continua a ser uma doença infecciosa global causada por protozoários apicomplexos unicelulares do género Plasmodium, resultando em cerca de 627.000 mortes a nível mundial em 2020, um aumento de 12% nas mortes por malária em relação a 20191. A transmissão de um parasita da malária depende do sucesso da sua infecção e desenvolvimento no vetor feminino do mosquito Anopheles. Ao entrar no intestino médio do mosquito após uma refeição de sangue, os gametócitos são imediatamente ativados em gametas que fertilizam para formar os zigotos. Dentro de 12 a 24 horas, os zigotos esféricos sofrem notável morfogênese de “protrusão-alongamento-maturação” para se diferenciarem em ookinetes crescentes . Apenas ookinetes maduros que possuem motilidade deslizante são capazes de penetrar na parede do intestino médio do mosquito para colonizar o lúmen basal, onde milhares de esporozoítos se desenvolvem dentro de um oocisto para transmissão do parasita .

O ookinete de Plasmodium, bem como dois outros estágios “zoítos” invasivos (o esporozoíto invasor das glândulas salivares e dos hepatócitos e o merozoíto invasor dos eritrócitos), possui uma película cortical exclusiva dos organismos apicomplexos . De fora para dentro, a película consiste em uma membrana plasmática do parasita, um complexo de membrana interna (IMC) de organela de membrana dupla e uma camada de microtúbulos subpeliculares com radiação apical (SPMTs), ambos intimamente associados entre si e se estendendo ao longo do periferia do parasita7,8. Números variáveis ​​de SPMTs são montados em diferentes estágios de zoítos, cerca de 60 SPMTs em ookinetes4,8,9,10,11,12, 16 SPMTs em esporozoítos13 e 1–4 SPMTs em merozoítos14,15,16. A elucidação da estrutura fina do arranjo de SPMTs no Plasmodium tem sido dificultada há muito tempo devido à resolução limitada para esta estrutura compacta através de microscopia eletrônica convencional ou de fluorescência. Recentemente, Bertiaux et.al aplicaram microscopia de expansão de ultraestrutura elegante (U-ExM) e observaram um notável arranjo semelhante a uma cúpula de tamanho de célula do arranjo SPMT em uma resolução sem precedentes nos ookinetes . No Plasmodium, as matrizes SPMT desempenham pelo menos duas funções essenciais. Uma delas é como uma estrutura que suporta a morfogênese do parasita4,17, mantendo as formas celulares incomuns13 e proporcionando rigidez do parasita durante o deslizamento e a invasão18. A outra é como plataforma para ancoragem das organelas secretoras apicais17, cuja secreção proteica ocorre através de uma suposta porta de entrada apical para deslizamento e invasão do parasita. Embora o citoesqueleto da SPMT seja fundamental para a morfogênese, deslizamento e invasão do parasita, os mecanismos para sua biogênese apical, ancoragem da película e regulação da geometria permanecem em grande parte desconhecidos.