Ancoragem apical e estabilização de microtúbulos subpeliculares por anel polar apical garante 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 nas fases de invasão do hospedeiro, incluindo o oocineto para a infecção do mosquito. Até agora, a estrutura fina e os componentes moleculares do APR, bem como o mecanismo subjacente do posicionamento apical mediado pelo APR dos SPMTs, são amplamente desconhecidos. Aqui, resolvemos uma estrutura inédita de APR composta por um anel superior mais aproximadamente 60 espinhos radiais. Relatamos uma proteína de localização de APR e de ligação a SPMT APR2. A interrupção do APR2 prejudica a morfogênese do oocineto e a motilidade de deslizamento, levando à falha na transmissão do Plasmodium em mosquitos. Os oocinetos deficientes em APR2 exibem ancoragem apical defeituosa de APR e SPMT devido à integridade prejudicada de APR. Usando rotulagem de proximidade de proteínas, obtemos um proteoma APR de oocineto de Plasmodium e validamos dez proteínas APR não descritas. Entre eles, APRp2 e APRp4 interagem diretamente com APR2 e também medeiam a ancoragem apical de SPMTs. Este estudo lança luz sobre a base molecular de APR na organização de SPMTs de oocinetos de Plasmodium.

A malária continua sendo uma doença infecciosa global causada por protozoários apicomplexos unicelulares do gênero Plasmodium, resultando em cerca de 627.000 mortes em todo o mundo em 2020, um aumento de 12% nas mortes por malária em relação a 20191. A transmissão de um parasita da malária depende de sua infecção bem-sucedida e desenvolvimento no vetor fêmea do mosquito Anopheles. Assim que entram 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 12-24 h, os zigotos esféricos sofrem notável morfogênese de "protrusão-alongamento-maturação" para se diferenciar em oocinetos crescentes2,3,4. Somente oocinetos 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 a transmissão do parasita5,6.

O oocineto de Plasmodium, bem como dois outros estágios invasivos de "zoítos" (o esporozoíto invasor de glândula salivar e hepatócito e o merozoíto invasor de eritrócitos), possui uma película cortical exclusiva dos organismos apicomplexos7,8. De fora para dentro, a película consiste em uma membrana plasmática do parasita, um complexo de membrana interna de organelas de dupla membrana (IMC) e uma camada de microtúbulos subpeliculares com radiação apical (SPMTs), ambos intimamente associados entre si e distribuídos ao longo da superfície. periferia do parasita7,8. Números variáveis ​​de SPMTs são montados em diferentes estágios de zoito, 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 da matriz de SPMTs no Plasmodium tem sido dificultada devido à resolução limitada para esta estrutura compacta por meio de microscopia eletrônica ou de fluorescência convencional. Recentemente, Bertiaux et.al aplicaram uma elegante microscopia de expansão de ultraestrutura (U-ExM) e observaram um notável arranjo em forma de cúpula do tamanho de uma célula da matriz SPMT em uma resolução sem precedentes nos ookinetes14. No Plasmodium, as matrizes SPMT desempenham pelo menos duas funções essenciais. Um é como um andaime que suporta a morfogênese do parasita4,17, mantendo as formas celulares incomuns13 e proporcionando rigidez do parasita durante o deslizamento e invasão18. A outra é como uma plataforma para acoplar as organelas secretoras apicais17, cuja secreção de proteínas ocorre por meio de um suposto portal apical para deslizamento e invasão do parasita. Embora o citoesqueleto 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 amplamente desconhecidos.