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Sep 14, 2023

Identificazione e localizzazione delle proteine ​​del tubo polare nel tubo polare estruso del microsporidio Anncaliia algerae

Scientific Reports volume 13, Numero articolo: 8773 (2023) Cita questo articolo 311 Accessi Dettagli metriche I microsporidi sono parassiti intracellulari obbligati in grado di infettare un'ampia gamma di ospiti da

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8773 (2023) Citare questo articolo

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I microsporidi sono parassiti intracellulari obbligati in grado di infettare un'ampia gamma di ospiti, dagli invertebrati ai vertebrati. Il successo del loro processo di invasione si basa su un organello originale, il tubo polare, che viene improvvisamente estruso dalla spora per inoculare lo sporoplasma nel citoplasma dell'ospite. Il tubo polare è composto principalmente da proteine ​​denominate proteine ​​del tubo polare (PTP). Un'analisi comparativa ha permesso di identificare i geni che codificano per 5 PTP (da PTP1 a PTP5) nel genoma del microsporidio Anncaliia algerae. Mentre PTP1 e PTP2 si trovano su tutto il tubo polare, PTP3 è presente in gran parte del tubo polare estruso tranne che nella sua parte terminale. Al contrario, PTP4 viene rilevato specificamente nella parte terminale del tubo polare. Per completare il repertorio dei PTP, sono state effettuate estrazioni sequenziali di proteine ​​sporali con un'elevata concentrazione di agenti riducenti. Inoltre, è stato sviluppato un metodo per purificare i tubi polari. L'analisi di spettrometria di massa condotta su entrambi i campioni ha portato all'identificazione di una proteina simile a PTP3 (PTP3b) e di una nuova PTP (PTP7) trovata solo all'estremità del tubo polare. La localizzazione specifica dei PTP pone la questione del loro ruolo nei processi di invasione cellulare utilizzati da A. algerae.

I microsporidi sono parassiti intracellulari obbligati legati ai funghi. Esistono circa 220 generi e 1700 specie in grado di infettare un'ampia gamma di ospiti, dagli insetti ai mammiferi, compreso l'uomo1. L'interesse per i microsporidi è aumentato negli ultimi decenni a causa del loro coinvolgimento nei disturbi umani, prevalentemente nei pazienti immunocompromessi, comprese le persone con HIV e le persone che assumono farmaci immunosoppressori2,3. Tuttavia, i microsporidi non sono considerati solo patogeni opportunisti poiché possono anche essere causa di infezioni in ospiti immunocompetenti4,5. Diverse specie possono infettare l'uomo, tra cui l'algerina Anncaliia (sin. Nosema, Brachiola) originariamente identificata nelle zanzare Anopheles stephensi6. Questa specie è considerata una causa emersa di miosite ma è stata anche associata a infezioni delle corde vocali, della pelle, oculari o disseminate principalmente in pazienti immunodepressi7. È noto che A. algerae sviluppa infezioni nei topi SCID8 e più recentemente è stato dimostrato che infetta Drosophila melanogaster9. In vitro, questa specie di microsporidi può essere coltivata in un'ampia gamma di linee cellulari tra cui cellule di insetti10, pesci11 e mammiferi12.

I microsporidi sono caratterizzati da una forma infettiva e altamente resistente nell'ambiente, la spora, di dimensioni variabili da circa 1 a 20 µm a seconda della specie. La spora è circondata da una parete cellulare spessa e rigida che delinea lo sporoplasma, cioè il contenuto infettivo del parassita13. Anche i microsporidi ricevono grande attenzione a causa del loro unico organello chiamato tubo polare che è coinvolto in uno dei meccanismi di invasione più affascinanti. Quando le spore sono esposte a condizioni ambientali non ben definite, questa struttura a spirale altamente specializzata viene rapidamente estrusa e forma un tubo cavo necessario per il trasporto e il rilascio dello sporoplasma (compreso il nucleo) nel citoplasma della cellula ospite14. Questo processo chiamato germinazione delle spore avviene in meno di 2 s.

Il tubo polare è un complesso multiproteico noto per resistere alla dissociazione in detergenti e acidi ma è solubilizzato con agenti riducenti come il ditiotreitolo (DTT) o il 2-mercaptoetanolo (2-ME), suggerendo che i ponti disolfuro svolgono un ruolo importante nella stabilizzazione di questa struttura15. Gli studi finora condotti sulla sua composizione hanno portato all'identificazione di proteine ​​centrali note come proteine ​​del tubo polare (PTP). Sei PTP (da PTP1 a PTP6) sono stati descritti in numerose specie di microsporidi15,16. PTP1, il primo componente del tubo polare identificato sia in Encephalitozoon cuniculi che in E. hellem17,18, è una proteina acida ricca di prolina. Inoltre, questo PTP è O-mannosilato ed è caratterizzato da un elevato grado di divergenza di sequenza tra le specie19,20. Le proteine ​​PTP2 sono proteine ​​ricche di lisina e hanno un punto isoelettrico basico. Sia PTP1 che PTP2 presentano molti residui di cisteina che potrebbero essere coinvolti nei ponti disolfuro intra e/o interproteici. È stato dimostrato che i geni ptp1 e ptp2 di Encephalitozoon spp sono organizzati in cluster e questa organizzazione sembra essere conservata tra diversi genomi microsporidiani21,22. PTP3, descritta per la prima volta in E. cuniculi mediante immunoscreening di una libreria di cDNA23, è una proteina a peso molecolare più elevato (> 1100 aa) ricca di aminoacidi carichi e, a differenza di PTP1 e PTP2, è solubile in assenza di agenti che riducono i tioli. Le proteine ​​della famiglia PTP3 si trovano in tutti i proteomi microsporidici disponibili e hanno dimostrato di essere più conservate di PTP1 e PTP2. È interessante notare che sia gli estratti proteici del tubo polare reticolato che i test ibridi su lievito hanno rivelato che PTP1, PTP2 e PTP3 interagiscono tra loro23,24. Privo di cisteina, PTP3 potrebbe essere una proteina impalcatura mediante l'interazione con altri PTP. Successivamente, un approccio basato sulla proteomica in E. cuniculi ha consentito l'identificazione di due nuovi PTP denominati PTP4 e PTP525. La proteina PTP4 di E. cuniculi è ricca di glutammato, mentre PTP5 è ricca di residui di lisina e presenta il 20% di somiglianze con la sequenza PTP426. Come i geni ptp1 e ptp2, anche i geni ptp4 e ptp5 si trovano in cluster e gli ortologhi sono presenti in molti genomi microsporidiani15. La PTP6 identificata più recentemente, descritta nel parassita del baco da seta Nosema bombycis, è una proteina ricca di istidina e serina i cui ortologhi sono identificati solo in un numero limitato di specie (Encephalitozoon spp e N. ceranae, un parassita delle api) e in grado di legarsi a la superficie della cellula ospite16. A causa degli elevati tassi di evoluzione dei microsporidi, i PTP sono caratterizzati da un elevato grado di divergenze di sequenza tra le specie che rendono difficile l'identificazione degli ortologi.