L'ancoraggio apicale e la stabilizzazione dei microtubuli subpellicolari mediante l'anello polare apicale assicurano l'infezione da Plasmodium ookinete nella zanzara

Nature Communications volume 13, numero articolo: 7465 (2022) Citare questo articolo

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La morfogenesi di molti protozoi dipende dalla costituzione polarizzata del citoscheletro corticale contenente i microtubuli subpellicolari (SPMT), che sono nucleati apicalmente e ancorati all'anello polare apicale (APR). Nel parassita della malaria Plasmodium, l'APR emerge negli stadi di invasione dell'ospite, compreso l'ookinete per l'infezione da zanzara. Finora, la struttura fine e i componenti molecolari dell’APR, nonché il meccanismo sottostante del posizionamento apicale degli SPMT mediato dall’APR, sono in gran parte sconosciuti. Qui risolviamo una struttura APR senza precedenti composta da un anello superiore più circa 60 spine radianti. Riportiamo una proteina APR2 localizzante e legante SPMT. L'interruzione di APR2 compromette la morfogenesi degli ookinete e la motilità di scorrimento, portando al fallimento della trasmissione del Plasmodium nelle zanzare. Gli ookineti carenti di APR2 mostrano un ancoraggio apicale difettoso di APR e SPMT a causa della compromessa integrità di APR. Utilizzando l'etichettatura di prossimità delle proteine, otteniamo un proteoma APR di Plasmodium ookinete e convalidiamo dieci proteine ​​APR non descritte. Tra questi, APRp2 e APRp4 interagiscono direttamente con APR2 e mediano anche l'ancoraggio apicale degli SPMT. Questo studio fa luce sulle basi molecolari dell'APR nell'organizzazione degli SPMT di Plasmodium ookinete.

La malaria rimane una malattia infettiva globale causata da protozoi unicellulari apicomplexa del genere Plasmodium, che ha causato circa 627.000 decessi a livello globale nel 2020, un aumento del 12% dei decessi per malaria rispetto al 20191. La trasmissione di un parassita della malaria si basa sul successo dell'infezione e sullo sviluppo nel vettore femminile della zanzara Anopheles. Una volta entrati nell'intestino della zanzara dopo un pasto di sangue, i gametociti vengono immediatamente attivati ​​​​in gameti che si fecondano per formare gli zigoti. Entro 12-24 ore, gli zigoti sferici subiscono una notevole morfogenesi di "protrusione-allungamento-maturazione" per differenziarsi in ookineti a mezzaluna2,3,4. Solo gli ookineti maturi che possiedono motilità di scorrimento sono in grado di penetrare la parete dell'intestino medio della zanzara per colonizzare il lume basale dove migliaia di sporozoiti si sviluppano all'interno di un'oocisti per la trasmissione del parassita5,6.

Il Plasmodium ookinete, così come altri due stadi invasivi di "zoite" (lo sporozoite che invade le ghiandole salivari e gli epatociti e il merozoite che invade gli eritrociti), possiede una pellicola corticale unica per gli organismi apicomplexan7,8. Dall'esterno verso l'interno, la pellicola è costituita da una membrana plasmatica parassita, un complesso di membrana interna di organelli a doppia membrana (IMC) e uno strato di microtubuli subpellicolari che si irradiano apicalmente (SPMT), entrambi strettamente associati tra loro e che si estendono lungo il periferia del parassita7,8. Un numero variabile di SPMT è assemblato in diversi stadi di zoite, circa 60 SPMT negli ookinetes4,8,9,10,11,12, 16 SPMT negli sporozoiti13 e 1–4 SPMT nei merozoiti14,15,16. La delucidazione della struttura fine della matrice SPMT nel Plasmodium è stata a lungo ostacolata a causa della risoluzione limitata di questa struttura compatta tramite microscopia elettronica o a fluorescenza convenzionale. Recentemente, Bertiaux et al. hanno applicato un'elegante microscopia ad espansione ultrastrutturale (U-ExM) e hanno osservato una notevole disposizione a cupola di dimensioni cellulari dell'array SPMT con una risoluzione senza precedenti negli ookinetes14. Nel Plasmodium, gli array SPMT svolgono almeno due ruoli essenziali. Uno è come un'impalcatura che supporta la morfogenesi del parassita4,17, mantenendo le insolite forme cellulari13 e fornendo rigidità al parassita durante lo scivolamento e l'invasione18. L'altro è una piattaforma per l'aggancio degli organelli secretori apicali17, la cui secrezione proteica avviene attraverso un presunto passaggio apicale per lo scivolamento e l'invasione dei parassiti. Mentre il citoscheletro SPMT è fondamentale per la morfogenesi, lo scivolamento e l’invasione dei parassiti, i meccanismi per la sua biogenesi apicale, l’ancoraggio della pellicola e la regolazione della geometria rimangono in gran parte sconosciuti.