Buněčné a molekulární biologie plasmodium

Original: http://www.tulane.edu/~wiser/malaria/cmb.html

Příslušníci rodu Plasmodium jsou eukaryotické mikroby. Z tohoto důvodu, buněčné a molekulární biologie Plasmodium bude podobná jako u jiných eukaryot. Jedinečnou vlastností malárie parazita je jeho intracelulární životní styl. Vzhledem ke své intracelulární umístění parazit má intimní vztah s jeho hostitelskou buňkou, která může být popsán na buněčné a molekulární úrovni. Zejména je parazit, musí vstoupit do hostitelské buňky, a jakmile jsou uvnitř, modifikuje hostitelské buňky. Budou projednány Molekulární a buněčná biologie interakcí-hostitelské zapojených do těchto dvou procesů.

Introduction

Hostitel invaze buněk

Malarických parazitů jsou členy Apicomplexa. Apicomplexa jsou charakterizovány souborem organel se nacházejí v některých fázích životního cyklu parazita. Tyto organely, souhrnně označované jako apikálních organel, protože jejich lokalizace na jednom konci parazita, jsou zapojeny do interakce mezi parazita a hostitele. Zejména byly apikální organely se podílí na procesu hostitelské buňky invaze. V případě Plasmodium, byly identifikovány tři různé invazivní formy: sporozoitů, merozoový a ookinete (viz Plasmodium životní cyklus). Následující diskuse se zaměřuje na buněčné biologii merozoitů a erytrocytů invazi.Odkazy na jiné Apicomplexa a Plasmodium budou sporozoitů pro ilustraci společné rysy.

merozoové invazeMerozoity rychle (přibližně 20 sekund), zejména pak vstupuje erytrocyty. Tato specificita se projevuje jak pro erytrocyty jako výhodného typu hostitelské buňky a pro určitý druh hostitele, tak znamenat, interakce receptor-ligand. Erytrocytů invaze je komplikovaný proces, který je jen částečně zřejmé, na molekulární a buněčné úrovni. Nicméně, podstatný pokrok byl učiněn v identifikaci mnoha parazity a hostitelskými proteiny, které jsou důležité pro proces invazi.

Čtyři různé kroky (Gratzer a Dluzewski 1993) v procesu invaze může být rozpoznán (viz obrázek):

  1. Počáteční vazby merozoitů
  2. přeorientování a erytrocytů deformace
  3. tvorba křižovatka
  4. entry parazit

Merozoové povrchové proteiny a-hostitelské interakce

Počáteční interakce mezi merozoitů a erytrocytu je asi náhodné kolize a pravděpodobně zahrnuje oboustranné interakce mezi proteiny na povrchu merozoitů a hostitelskou erytrocytech.Několik merozoitů povrchové proteiny byly popsány. Nejlepší vyznačující se merozoí povrchový protein-1 (MSP-1). Nepřímé důkazy přímé MSP-1 v erytrocytech invazi zahrnuje jeho rovnoměrné rozdělení nad merozoitu povrchu a zjištění, že protilátky proti MSP-1, inhibují invazi (Holder 1994). Kromě toho, MSP-1does vázat na pásma 3 (Goel 2003) A glykoforinu A. Nicméně role pro MSP-1 v invazi nebyla definitivně prokázána. Podobně cirkumsporozoitální protein (CSP) pravděpodobně hraje roli v cílení sporozoitů do hepatocytů pomocí interakce s heparinsulfátu proteoglykany (Sinnis a SIM 1997).

Dalším zajímavým aspektem MSP-1  je proteolytické zpracování, která je shodná s merozoového zrání a invaze (Cooper 1993). Primární zpracování nastává v okamžiku merozite zrání a vede k vytvoření několika polypeptidů, držených dohromady v nekovalentní komplex. Sekundární zpracování dochází splývající s merozoového invaze v místě v blízkosti C-konce. Non-kovalentní komplex MSP-1 polypeptidových fragmentů je bouda z merozoitu povrchu po proteolýze a jen malý C-terminální fragment se provádí do erytrocytů. Tato ztráta komplexu MSP-1 může korelovat s ztrátou‚ Fuzzy‘ plášť  během merozoového invazi. Fragment C-terminál je připojen k merozoitu povrchu pomocí GPI kotvou a skládá se ze dvou modulů EGF-like. Moduly podobné EGF se nacházejí v různých proteinů a jsou obvykle podílí na interakci protein-protein. Jednou z možností je, že sekundární proteolytické funkce zpracování vystavit moduly podobné EGF, které posilují interakce mezi merozoového a erytrocyty. Význam MSP-1 a jeho zpracování vycházejí z následujících pozorování:

  • vakcinace s moduly podobné EGF může chránit proti malárii, a
  • inhibice zpracování proteolytická bloků merozoového invazi.

Přesná role (y), které MSP-1 a jeho vůle zpracování v procesu invazi merozoitů nejsou známy. Další merozoitů povrchové proteiny jsou také zapojeny do interation z merozoitu s erytrocytu (přehled Cowman 2012).

Přeorientování a sekreční organely

Apikální organely 
Plasmodium
  merozoitů
organely Tvar Velikost (nm)

Microneme elipsoidní 40 x 100
Rhoptry slza 300 x 600
hustý Granule kulový 120-140

Po navázání na erytrocytu, parazit přeorientuje sebe tak, aby se ‚apikální konec‘ z parazita je vedle sebe na membráně erytrocytů. Tato merozoitů přeorientování také shoduje s přechodným erytrocytů deformace. Apikální membráně antigen-1 (AMA-1) se podílí na tomto procesu změny orientace (Mitchell 2004). AMA-1 je transmembránový protein lokalizován na apikálním konci merozoitů a váže erytrocytů. Protilátky proti AMA-1 neinterferují s počátečního kontaktu merozoitů a erytrocytů a tím naznačuje, že AMA-1 není zapojen do merozoového uchycení. Ale protilátky proti AMA-1 brání přeorientování merozoitu, a tím blokovat merozoový invazi.

Specializované sekreční organely se nachází na apikální konci invazivních fází apicomplexan parazitů. Tři morfologicky odlišné apikální organely jsou detekovány elektronové mikroskopie: micronemes, rhoptries a husté granule (tabulka). Husté granule nejsou vždy součástí apikální organel a pravděpodobně tvoří heterogenní populaci sekrečních vezikul.

Kinetika sekreceObsah apikální organely jsou vyloučeni jako parazit napadne, což naznačuje, že tyto organely hrají nějakou roli v invazi.Experimenty v Toxoplasma gondii ukazují, že micronemes jsou vytlačovány první a vyskytují se počátečního kontaktu mezi parazitem a hostitelem (Carruthers a Sibley 1997). Zvýšení cytoplazmatické koncentrace vápníku a cAMP (Dawn 2014) je spojena s microneme vypouštění a může také zahrnovat signální dráhu, zahrnující fosfolipázu C, inositoltriphosphate a kalcium-dependentních protein kinázy (Sharma a Chitnis 2013).

Tyto rhoptries jsou vypouštěny ihned po micronemes a uvolnění jejich obsahu se vyskytuje ve dvou stupních zahrnujících první hrdlo rhoptry následuje teploměru rhoptry.

Husté obsah granulí se uvolňují po parazit dokončení jeho vstupu, a proto se obvykle podílí na modifikaci hostitelské buňky. Nicméně, subtilisinu jako proteázy, které jsou zapojeny do sekundární proteolytického zpracování MSP-1 (popsaného výše), byly také lokalizovány na Plasmodium husté granule (Blackman 1998Barale 1999). Pokud je MSP-1 zpracování katalyzovaná těchto proteas, pak přinejmenším některé husté granule musí být vypouštěny v době invaze.

Specifické interakce spojení spojení

Následující merozoové přeorientování se micronemes plnit jejich obsah. Tyto microneme proteiny zahrnují mnoho proteinů, které jsou známy jako adhesiny a vazba těchto adhezinů na receptory na hostitelském erytrocytu posiluje interakci mezi erytrocytu.Proteiny lokalizované v micromenes zahrnují:

  • EBA-175, je 175 kDa ‘erytrocytů vázající antigen’ od  P. falciparum
  • DBP, Duffy-vázající protein z P. vivax a P. knowlesi
  • SSP2, Plasmodium sporozoitů povrchový protein-2. Také známý jako TRAP (trombospondinového související s adhesivní bílkoviny).
  • Proteiny s homologií k SSP2/TRAP z Toxoplasma (MIC2), Eimeria (Etp100) a Cryptosporidium
  • CTRP, circumsporozoite- a TRAP-související protein  Plasmodium nalezen ve fázi ookinete
Receptor / ligand interakce
Druh hostit receptor merozoové Ligand
P. falciparum glykophoriny (sialová kyselina) EBA-175
P. vivax,
P. knowlesi
Duffy antigen DBP

Za zmínku stojí zejména EBA-175 a DBP, které rozpoznávají zbytky kyseliny sialové v glykophoriny a antigenu Duffy, v daném pořadí (tabulka). Jinými slovy, tyto proteiny parazitů jsou pravděpodobně účastní receptor-ligand interakce s proteiny jsou vystaveny na povrchu erytrocytů. Narušení výsledků EBA-175 genu v parazita přepínání z dráhy kyseliny závislé sialové do dráhy kyseliny nezávislé sialové (Reed 2000), což ukazuje, že existuje určitá redundance, co se týká interakcí na receptor-ligand. Ve skutečnosti, některé proteiny vztahující se k EBA-175 byly identifikovány u  P. falciparum a tvoří rodinu genu erytrocytů vázající jako (EBL) proteinů (Tham 2012).

Srovnání sekvencí EBA-175 a DBP odhalit konzervované konstrukční znaky, které jsou také sdíleny s jinými EBL proteinů.Patří mezi ně transmembránových domén a receptor-vazebné domény (obrázek, modifikované od Adams 1992). Aktivita receptorovým byla mapována na doméně, ve kterém cystein a zbytky aromatických aminokyselin jsou konzervativní mezi druhy (modré oblasti na obrázku). Tato domnělá vazebná doména se opakují v EBA-175. Topografie transmembránové domény je v souladu s parazity ligandy bytí integrální membránové proteiny, s doménou vázající receptor vystavena na povrchu merozoitu po microneme výboje.

Další rodiny adhesinů zapojených do vazby merozoitů na erthrocytes jsou retikulocytů vázající jako homologů (RH).Členové této rodiny podíl homologie s proteinem původně identifikován v P. vivax, který se specificky váže na retikulocytů a mohou hrát roli v retikulocytů specifičnosti P. vivax. Další microneme bílkoviny v ‚TRAP‘ Microneme Releaserodiny jsou rovněž zapojeny do pohybu a/nebo buněčné invaze fázi sporozoity a další Apicomplexa (Tomley a Soldati 2001). Všechny tyto proteiny (EBL, Rh, TRAP rodin) mají domény, které jsou pravděpodobně zapojen do adhezi buňka-buňka, tak i trans-membránové domény na jejich C-konci. Microneme (Mn) uvolňování se vystavil lepící domén, které by se pak vážou na receptory na hostitelské buňce, a tím pro vytvoření spojení mezi invazivní formě (např merozoitů nebo sporozoity) a hostitelské buňky (obrázek).

V případě merozoové invaze je tato interakce zprostředkována mezi několika členy rodiny EBL a Rh. Tyto různé adhesiny se vážou na receptory na různých erytrocytu a redundanci v merozoitů vázající se erytrocytu (Tham 2012). Jedním z prvků této redundance poskytuje záložní plán v případě páru/receptor jeden ligand selže. Například, v případě, že odpověď protilátek proti jednomu z parazitů ligandů je schopná blokovat jeho interakce s jeho receptorem, pak existují i jiné ligandy a receptory, které mohou plnit tuto roli ve vazbě. Kromě toho zapojení více párů ligand/receptor fungujících současně posílit interakci mezi parazita a hostitelské buňky.Rhoptry Neck Proteins

Tato interakce je dále posílena uvolněním dvou dalších proteinových komplexů z oblasti krku rhoptries (Weiss 2016).Jedním z nich je komplex zahrnující RH5 (obrázek). RH5 váže na erytrocytů povrchového proteinu, známého jako basigin. Receptor basigin může mít zásadní význam pro invazi do  P. falciparum (Crosnier 2011). RH5 je vázán na merozoitu prostřednictvím interakce s RH5 interakčním proteinem (Ripr), který také váže na merozoitů povrchového proteinu, známého jako cystiene bohaté ochranný antigen (CyRPA). RH5 se předpokládá, že hrají klíčovou roli v invazi v tom, že je zachována napříč Plasmodium druhů a zřejmě nemůže být vyřazen. Ostatní členové Rh rodinní příslušníci, stejně jako jednotliví EBL rodinní příslušníci, se zdají být více dispensible.

Další proteinový komplex propuštěn z hrdlo rhopthries zahrnuje skupinu proteinů známých jako RONS pro rhoptry krku. Tyto RONS jsou vloženy do hostitelské membrány při jejich uvolňování (viz obrázek). RON2 váže na AMA-1, který je lokalizován na povrchu merozoitu (Tonkinském 2011). V tomto případě je parazit dodává jak ligand a receptor. RON2/AMA-1 komplex pak také přispívá k tomuto spojení vytvořené mezi merozoitů a erytrocytech a dále posiluje vazbu mezi parazitem a hostitelem (Weiss 2016). Dále RON2 a AMA-1 jsou vysoce konzervovány v acrossed Apicomplexa označující ústřední roli těchto proteinů v procesu invaze.

Splývající s vylučováním těchto různých ligandů a jejich interakce s různými receptory je vzhled elektronového husté spojení mezi erytrocytů a merozoitů (obrázek). Tvorba těsného spoje, může být iniciována microneme výboje s následným uvolněním rhoptry krčních proteinů, které vystavuje receptorové domény vázající parazity ligandů. Pravděpodobně to těsný spoj je tvořen z těchto různých interakcí receptor/ligand. S každým uvolnění ligandu a jeho vazbu na jeho receptor avidity zvyšuje merozoitů/erytrocytů interakce.

Celkem:

  • Elektron-denzní spojovací formy mezi apikální konec merozoitu a hostitelské membráně erytrocytů bezprostředně po přeorientování
  • Tvorba těsný spoj je současně s uvolněním micronemes a oblasti krku rhoptries
  • Proteiny uvolňují parazitem se vážou na receptory na povrchu erytrocytů, zatímco zůstává připojena k merozoitu
  • Dvojice zvláště pozoruhodný ligand/receptor, jsou RON2 a AMA-1, které jsou oba dodávané parazitem a hrají klíčovou úlohu při tvorbě těsného spojení

Vstup parazitů

Apicomplexan paraziti aktivně pronikají do hostitelských buněk a vstup není kvůli absorpci nebo fagocytózou hostitelskou buňkou. To je zvlášť patrné v případě erytrocytu, která postrádá schopnost fagocytů. Kromě toho erytrocytů membrána má 2-dimenzionální submembrane cytoskeletu, která vylučuje endocytózu. Proto je impulsem pro vytvoření parasitophorous vakuolou musí pocházet z parazita. Několik události dojít během vstupu parazita, včetně: 1) narušení The submembrane cytoskeletu erytrocytu, 2) tvorba parasitophorous vakuoly, a 3) a uvolňování merozoitů povrchových proteinů. Parazit záznam je poháněn motorem komplexu střídavého proudu myosinu volal nevýrazná.

těsné Junction
Šipka označuje elektronového hustou spojení mezi merozoového a erytrocyty. Mikrofotografie z Aikawa et al (1978) J. Cell Biol. 77:72.

Erytrocytů membránové proteiny se distribuují v době vzniku spojovací tak, aby kontaktní plocha je bez erytrocytů membránových proteinů. Merozoitů serinové proteázy, která štěpí erytrocytů skupina 3 byla popsána (Braun-Breton 1993).Vzhledem k klíčovou roli pásma 3 hraje v homeostatis části submembrane skeletu, jeho degradace by mohlo vést v lokalizované narušení cytoskeletu. Reorganizace submembrane cytoskeletu a lipidů architektury pravděpodobně provází merozoový invazi (Zuccala 2011).

merozoové Entry
Mikrofotografie z Aikawa et al (1978) J. Cell Biol. 77:72

Vznikající parasitophorous vakuolární membrána (PVM) tvoří v oblasti spojení. Tato membrána invaginace je pravděpodobně odvozen od hostitel membránových a parazity složek a rozšiřuje, jak se parazit vstupuje do erythrocytů. Spojení mezi rhoptries a nascentního PVM jsou někdy pozorována (Obrázek, šipka). Kromě toho obsah rhoptries jsou často lamelární (tj vícevrstvé) membrány a některé rhoptry proteiny jsou lokalizovány na PVM následující invaze, což naznačuje, že rhoptries také fungovat v PVM formace (Sam-Yellowe 1996).

Ookinetes chybí rhoptries a netvoří parasitophorous vakuolu uvnitř komár midgut epitelových buněk. Tyto ookinetes rychle projít epiteliálních buněk a způsobit rozsáhlé poškození, když hlavou směrem k bazální membráně (Han 2000Ziegler 2000). Podobně sporozoiti může vstoupit a vystoupit hepatocyty, aniž by došlo exoerythrocytic schizogony. Tyto parazitů, které nejsou podrobeny schizogony jsou volně v hostitelské cytoplasmě, zatímco ty, které procházejí schizogony jsou uzavřeny v PVM (Mota 2001). Tato pozorování naznačují, že PVM je potřebný pro intracelulární vývoj a není nutné pro proces hostitelské buňky invaze. Jak se formuje se počínající parasitophorous vakuola, křižovatka (označenou C je na obrázku), mezi parazitem a hostitelem stává prstencovitý a objeví se parazit pohybovat prostřednictvím tohoto prstence, když vstupuje do rozšiřující parasitophorous vakuolu. Místo toho tento pohybující se uzel se táhne od přední části parazita dozadu, což vede k pohybu vpřed parazita do hostitelské buňky.

Vzhledem k tomu, parazit vstoupí, MSP-1 mnoha merozoitů povrchových proteinů odlupují. Toto usazování proces je zprostředkován specifickými proteázami, a je uspořádaná proces (Boyle 2014).

Nevýrazná

Invazivní druhy apicomplexan parazitů jsou často pohyblivé formy že plazit podél substrátu typem pohyblivosti jen‚ klouzavým pohyblivosti‘. Klouzání motility, jako invazi, zahrnuje také uvolnění adhesinů, vazbu k substrátu, a zakončovací z adhezinů na zadním konci zoite. Jeden rozdíl mezi kluznou pohyblivost a invaze je, že micronemes a rhoptires musí být neustále vydána jako organismus se pohybuje. Tak, klouzavý motility nezahrnuje tento relativně malé pohyblivé spojení, ale kontinuální tvorbu nových spojů mezi zoite a substrátu. Kromě toho adhesiny se odštěpí od povrchu zoite jako adheze dosáhne zadní částí zoite a stopu adhezních molekul zanechal pohybující zoite na substrátu. Mechanismus motility a invazí, jsou velmi podobné, a tedy v průběhu invaze parazit doslova leze do hostitelské buňky prostřednictvím pohyblivé spojení. Kromě toho některé apicomplexans použít tento typ motility uniknout z buněk a může procházet biologických bariér za nastupování a vystupování buněk. Protein komplex, který pohání tento létání motility je známý jako glidosome (Boucher 2015).

glidosome
Model pohybujícího křižovatce komplexu glidesome jízdě klouzavý pohyblivost z Besteiro (2011).

Cytochalasins bránit vstupu merozoový, ale ne připevnění, což naznačuje, že síla potřebná pro parazita invazi a klouzání pohyblivost je založen na aktin-myosin cytoskeletu prvků. Schopnost myozin, je motorové protein, pro generování síly, je dobře známé (např., Svalová kontrakce). Myosin jedinečné pro Apicomplexa byla identifikována a je ukotvena do vnitřní membrány komplexu (IMC). IMC se týká dvojité membrány ležící pod plazmatickou membránou na invazivní fázích Apicomplexan parazitů. Tato IMC je dále podporován sub-blánovité mikrotubulů, které probíhají po celé délce parazita. IMC spojené myosin interaguje s aktinu jako součást klouzavé, Různé adheziny (tj EBL, Rh, TRAP a AMA-1), které tvoří pohyblivý spojovací (MJ) komplex se pak spojeny s glidesome (obrázek).

Členy rodiny TRAP a dalších adhezinů mají konzervativní cytoplazmatickou doménu. Tato cytoplazmatická doména je spojena s krátkými aktinová vlákna přes aldolázy. Tyto aktinová filamenta a myosin jsou orientovány v prostoru mezi vnitřní membrány komplexu a plazmatické membrány tak, aby myosin pohání aktinová vlákna směrem k zadní části zoite. Myozin je kotven do IMC a nepohybuje se. Proto jsou transmembránové adhesiny jsou taženy skrz tekutinu lipidové dvojvrstvy plazmatické membrány vzhledem k jejich spojení s aktinových vláken. Tak komplex adhesiny a aktinových vláken se dopravuje směrem k zadní části buňky. Vzhledem k tomu, adhesiny jsou buď v komplexu s receptory hostitelské buňky a zakotvený do buněčné cytoskeletu hostitele, nebo vázaný na substrát, čistý výsledek je dopředný pohyb parazita (obrázek). Když adhesiny dosáhnou konce zadní parazita jsou proteolyitcally rozštěpený a přístřešek z zoite povrchu.

V případě, že invaze buněk se buněčná membrána PVM a hostitel je třeba utěsněna tak, že PVM je neporušený a obklopující parazita a hostitele plazmatické membrány je neporušený. Mechanismy podílející se na tomto posledním kroku invazi nejsou známy.

Bylo identifikováno mnoho proteinů, které jsou zapojeny do procesu invaze. To bude také obsahovat signální události mezi jednotlivými kroky invaze (Santos a Soldati-Favre 2011).Nicméně, hodně ještě zbývá dozvěděl o buněčné a molekulární biologie merozoového invaze. Lepší pochopení komplexního procesu parazita invazi by mohlo vést k vývoji nových terapeutických přístupů k malárie a jiných nemocí způsobených Apicomplexans.

Souhrn

Merozoové invaze je komplexní a nařídil proces. Předběžná model merozoového invazi zahrnuje:

  1. Počáteční vazby merozoitů zahrnuje reverzibilní interakce mezi povrchových proteinů merozoových a hostiteli erythrocyte.The přesná role MSP1 a dalších merozoitů povrchové proteiny nejsou známy.
  2. Přeorientování neznámým výsledky mechanismu v apikální konec merozoitu je vedle sebe na membráně erytrocytů.
  3. Vyřízení micronemes a hrdla s rhoptries je totožná s vytvořením těsného spojení mezi hostitelem a parazitem.
  4. Těsný spoj je zprostředkována interakcemi receptor-ligand mezi povrchových proteinů erytrocytů a Intergral parazitů membránových proteinů vystavených vybití apikální organel.
  5. Lokalizované vymazávání erytrocytů submembrane cytoskeletu a formování počátečním parasitophorous vakuoly (PVM) je ve vzájemném vztahu s úplnou vypouštěním rhoptries.
  6. Těsná křižovatka stává ve tvaru prstence a je tažena směrem k zadní části merozoitu přinutit merozoový do tvarovacího parasitophorous vakuoly.
  7. Síla je generována myosinu motorů spojených s trans-membránových parazitům ligandů, nazvaný glidosome, pohybující se aktinová vlákna uvnitř parazita.
  8. Invaze je ukončen uzavřením PVM a erytrocytů membrány.

HOST ERYTROCYTÁRNÍCH ZMĚNA

Jakmile uvnitř erytrocytu, parazit prochází trofický fáze následovanou replikačním fáze. Během tohoto období intraerythrocytic, parazit modifikuje hostitele, aby bylo vhodnější stanoviště. Například erytrocytů membrána stává propustnou pro malé metabolity molekulovou hmotností, pravděpodobně odráží potřeby aktivně rostoucí parazita (viz absorpce a propustnosti).

Další modifikaci hostitelské buňky se týká cytoadherence z P. falciparum infikovaných erytrocytů do endotelových buněk a výsledný zabavení zralých parazitů v kapilárách a po kapilární žilek. Tato zabavení pravděpodobné, že vede k mikrocirkulačních změny a metabolických poruch, které by mohly být zodpovědné za mnohé z projevů závažné falciparum malárie (viz patogeneze). Cytoadherence na endotelové buňky uděluje alespoň dvě výhody pro parazita: 1) mikroaerofilní prostředí, které je vhodnější pro metabolismus parazita, a 2) vyhnutí se sleziny a následné destrukci.

Knoflíky a Cytoadherence

Hlavní konstrukční změna hostitelské erytrocytu jsou elektron-denzní výstupky, nebo ‚knoflíky‘, na membráně erytrocytů z P. falciparum infikovaných buněk. Knoflíky jsou vyvolány parazitem a několik parazitů proteiny jsou spojeny s knoflíky (Deitsch a Wellems 1996). Dva proteiny, které by se mohly účastnit tvorby knoflíku nebo ovlivňují hostitele erytrocytů submembrane cytoskelet a nepřímo indukují tvorbu knoflíku jsou knoflíku asociované histidin bohaté na protein (KAHRP) a erytrocytů membránový protein-2 (Pf EMP2), také nazývaný MESA. Ani KAHRP ani  PfEMP2 jsou vystaveny na vnějším povrchu erytrocytů, ale jsou lokalizovány na cytoplazmatické straně hostitele membrány (obrázek). Jejich přesná role v tvorbě knoflík nejsou známy, ale může zahrnovat reorganizaci submembrane cytoskelet.

knob structure

Knoflíky se předpokládá, že hrají roli v sekvestraci infikovaných erytrocytů, protože jsou body kontaktu mezi infikovaných erytrocytů a cévních endoteliálních buněk a druhů parazitů, které exprimují knoflíky vykazují nejvyšší úrovně odlučování. Kromě toho, narušení KAHRP za následek ztrátu knoflíků a schopnost cytoadhere za proudových podmínek (Crabb 1997). Polymorfní protein nazvaný Pf EMP1, byl také lokalizován na knoflíky a je vystavena v hostitelském erytrocytů povrchu.Translokace Pf EMP1 do erytrocytů povrchu závisí částečně na jiném erytrocytů membránový protein asociovaný s názvem PfEMP3 (Waterkeyn 2000). pfEMP1 pravděpodobně funguje jako ligandu, který se váže na receptory hostitelské endoteliálních buňkách. Další navrhované cytoadherence ligandy zahrnují modifikovaný band-3, tzv pfalhesin (Sherman 1995), sequestrin, rifins a clag9 (Craig a Scherf 2001).

var genPf EMP1 je členem var genové rodiny (Hviid 2015). Každý parazit má odhadem 40-60 var geny, které vykazují vysoký stupeň variability, ale mají podobnou celkovou strukturu (viz obrázek). Pf EMP1 má velkou extracelulární N-koncovou doménu, transmembránovou oblast a intracelulární doménu C-terminální. Oblast C-terminál je konzervována mezi členy var rodiny a předpokládá se, že ukotvení  Pf EMP1 do erytrocytů submembrane cytoskeletu. Zejména to kyselé C-koncové domény mohou interagovat s základním KAHRP knoflíku (Waller 1999), jakož i spektrinu a aktin (Oh 2000).

Extracelulární doména se vyznačuje 1-5 kopií Duffy vázající jako (DBL) domén. Tyto DBL domény jsou podobné oblasti vázající receptor ligands podílejících se na invazi merozoitů (popsaného výše). DBL domény vykazují konzervativní odstup cysteinu a hydrofobních zbytků, ale jinak projevují jen malou homologii.Fylogenetická analýza ukazuje, že pět různých tříd (určené jako v, b, g, d, a, e) z DBL domén (Hviid 2015). První DBL je vždy stejný typ (označený), A to je následováno Interdomain oblasti bohaté na cystein (CIDR). Proměnná počet DBL v různých zakázek tvoří zbytek extracelulární domény Pf EMP-1.

V průběhu každého dělení cyklu var geny procházejí rekombinace vede ke kontinuální tvorbě dalších variant (Claessens 2014). Zajímavé je, že struktura var genové rodiny působí protože před P. falciparum a P. reichenowi divergence, k němuž došlo před více než dva miliony let (Zilversmit 2013).

Endoteliálních buněk receptorok

Možné Receptory Identifikované
in vitro vazebné testy

    • CD36
    • Ig
      • ICAM-1
      • VCAM1
      • PECAM1
    • chondroitin sulfátu
    • C receptor endoteliální protein
    • heparansulfát
    • kyselina hyaluronová
    • E-selektin
    • trombospondinu
    • rozetování Ligandy
    • CR-1
    • krevní skupina A Ag
    • glykosaminoglykan

Několik možných endoteliální receptory (krabice), byly identifikovány testováním schopnosti infikovaných erytrocytů vázat ve statických přilnavost testech (Beeson a Brown 2002). Jeden z nejlépe charakterizován z nich je CD36, An nalézt na monocytech, krevních destiček a endotelových buněk 88 kDa integrální membránový protein. Infikované erytrocyty z nejvíce parazita izoláty váží na CD36 a vazebná doména byla mapována na CIDR z  Pf EMP1 (viz obrázek). Nicméně CD36 nebyla zjištěna na endoteliálních buňkách mozkových cév a parazitů z klinických izolátů mají tendenci držet jak CD36 a intracelulární adhezní molekuly-1 (ICAM-1). ICAM-1 je člen imunoglobulinové superrodiny a funkce v adhezi buňka-buňka. Kromě toho, sekvestrace infikovaných erytrocytů a ICAM-1 exprese byla společně lokalizovány v mozku (Turner 1994).

Chondroitin sulfát A (CSA) byla implikována v cytoadherence v placentě a mohou přispět k negativní vliv z P. falciparum v průběhu těhotenství. Úloha některých dalších potenciálních receptorů, není jasné. Například, dodržování trombospondinu vykazuje nízkou afinitu a nemůže podporovat vazbu za proudových podmínek. Vazba na VCAM1, PECAM1 a E- selektinu se zdá být vzácný a byly vzneseny otázky týkající se jejich konstitutivní expresi na endoteliálních buňkách. Nicméně, cytoadherence může zahrnovat více interakcí receptor/ligand.

Rozetování je další lepidlo jev vystavil P. falciparum infikovaných erytrocytů. Infikované erytrocyty z některých parazitů izolátů bude vázat mutiple neinfikované erytrocyty a PfEMP1 vypadá, že má úlohu u alespoň některých rozetování.Možné receptory zahrnují komplement receptor-1 (CR1), krevní skupina A antigen, nebo glykosaminoglykanové skupiny na neidentifikovaného proteoglykanu. (Viz obrázek znázorňující možné interakce receptor-ligand se podílejí na rozetování na jinou stránku).

Vazba fenotypy
Doména receptor

CIDR CD36
DBL rozetování
DBL b ICAM-1
DBL g CSA

Různé typy DBL domén a CIDR (diskutováno výše), se vážou na různé receptory endotelových buněk (Craig a Scherf 2001).Například, DBL, který obsahuje první doménu, se váže na mnoho receptorů spojených s rozetování. Vazba na CD36 CIDR může odpovídat za hojnost tohoto konkrétního vazebného fenotypu u parazitů izolátů.

(A webová stránka sestaven Hagai Ginsburg obsahuje podrobné údaje znázorňující řadu aspektů interakce mezi hostitelem a parazit, včetně: knoflík složení a interakce receptor-ligandPfEMP-1, struktury a vazebných specificitendotelových buněk receptory a rozetováníSherman et al (2003)  přezkoumala mechanismy cytoadherence).

Antigenní variace

Roberts et al 1992Kódování cytoadherence ligandu prostřednictvím genové rodiny vysoce polymorfní představuje paradox v tomto receptor/ligand interakce jsou obecně považovány za vysoce specifické. Je zajímavé, že výběr pro různé cytoadherent fenotypů mít za následek concommitant změně typu povrchové antigenní (Biggs 1992). Podobně, vyšetření klonálních parazitů linií ukázala, že změny typu povrchové antigenní koreluje s rozdíly v navázání na CD36 a ICAM-1. Například rodičovské linie (A4) přilepena stejně dobře pro CD36 a ICAM-1, přičemž jeden z A4 odvozených klonů (C28) vykazuje výraznou preferenci pro CD36 (obr, upravený od Roberts 1992). Vazba na ICAM-1 se pak znovu vybrán pomocí posunu infikovaných erytrocytů na ICAM-1. Všechny tři klony parazit (A4, C28, C28-I) vykazovaly odlišné antigenní typy, jak bylo prokázáno aglutinací s hyper-imunní séra.

Exprese konkrétního PfEMP1 bude mít za následek parazita s výraznou cytoadherent fenotyp, a to může také mít vliv na patogenezi a onemocnění výsledek. Například, vazba na ICAM-1 se obvykle podílí na mozkové patologie. Z tohoto důvodu, paraziti exprimující PfEMP1, který se váže na ICAM-1, může být pravděpodobné, že způsobí cerebrální malárie. Ve skutečnosti, vyšší hladiny transkripce jednotlivých var genů jsou uvedeny v případech závažné formy malárie ve srovnání s nekomplikovanou malárií  (Rottmann 2006). Podobně, vyšší podíl izolátů, které se vážou k CSA jsou získány z placenty ve srovnání s periferní cirkulace buď těhotné ženy a děti  (obr, modifikovanou z Beeson 1999), Kromě toho, placentární malárie je často spojeno s vyšší úrovní transkripce určitého genu, který se váže var  CSA (Duffy 2006). Tento jev není omezen na placenty v tom, že existuje dominantní expresí určitých var genů v různých tkáních (obr, od  Montgomery 2007). Následná práce potvrdily, že různé varianty PfEMP1 mají různé tropisms pro různé tkáně (Smith 2014).

CSA Vazba
Obr, modifikován Beesona 1999. Ukazuje podíl izolátů, které se vážou k CSA, CD36, nebo ICAM-1. Infikované erytrocyty byly odebrány z placenty, periferní oběhu matky, nebo periferní cirkulace dítěte. Obrázek z  Montgomeryho 2007. Ukazuje podíl různých typů PfEMP1 (označený jako skupiny 1-6), vyjádřené v různých tkáních (mozek, plíce, srdce a sleziny) od 3 různých pacientů. PM30 zemřel těžké malárie anémie. PM32 byl diagnostikován s oběma cerebrální malárie a těžkou anémii. PM55 byl diagnostikován s jedinou mozkovou malárií.

V poslední době bylo prokázáno, že odlišná, podmnožina var geny jsou vysoce transkribovány následující výběr na lidský mozek endoteliálních buněk, a že tyto stejné odlišné podtypy jsou spojeny s cerebrální malárie (Aird 2014Cunnington 2013Smith 2013). Tato tkáň specifické exprese jednotlivých var genů, znamená, že různé tkáně jsou výběrem z různých parazitů populací na základě konkrétního PfEMP1 jsou vyjádřeny na povrchu infikovaných erytrocytů.

Ačkoli sekvestrace nabízí mnoho výhod pro parazita, exprese antigenů na povrchu infikovaných erytrocytů poskytuje cíl pro imunitního systému hostitele. Parazit pulty imunitní odpověď hostitele expresí antigenně odlišné Pf molekuly EMP1 na erytrocytů povrchu. To umožňuje, aby se zabránilo parazita clearance imunitním systémem hostitele, ale přesto zachovat cytoadherent fenotyp. Tento antigenní přepínání může v nepřítomnosti imunitního tlaku (vyskytují tak často, jak 2% za generace Roberts 1992). Molekulární mechanismus antigenní přepínání není znám. Experimentální důkazy naznačují, že tento mechanismus není spojena s duplicitním provedení do specifických míst exprese spojené, jak bylo zjištěno v afrických trypanosom, Pouze jediný gen var je exprimován v čase (tj, alelickou exkluzi). Tyto non-exprimovaných genů se mlčí o proteiny, které se váží na oblast promotoru. Gen může dojít k aktivaci přemístění na určité místo v jádře a je spojena s chromatinu modifikací. Tento výraz místo lze umístit pouze jeden aktivní promotor genu. Tak var promotor je dostatečná pro umlčení a mono-alelické transkripce PfEMP1 alely (Voss 2006Guizetti 2013).

  • Malarie parazit modifikuje erytrocyt exportováním proteinů do hostitelské buňky.Antigenic Variation
  • Jedna taková změna je výrazem Pf EMP1 na erytrocytů povrchu, který slouží jako cytoadherent ligandu.
  • Vazba tohoto ligandu na receptory na buňkách hostitele endoteliálních podporuje pohlcování a umožňuje infikovaný erythrocytů, aby se zabránilo sleziny.
  • Četné  Pf geny EMP1 (tj var genové rodiny) poskytují parazita s prostředky pro změnu antigen exprimovaný na povrchu erytrocytů.
  • Tento antigenní variace také koreluje s různými cytoadherent fenotypy.