Трипаносомы существуют в разных формах. Когда они обитают на мухах, они покрыты белками, называемыми проциклинами.
Попадая в кровоток млекопитающего, они приобретают плотный слой гликопротеинов, которые постоянно меняются, позволяя паразиту уклоняться от атаки иммунной системы хозяина.
Теперь новое исследование докторантов Даная Шульц и Эрика Деблера, работающих в лабораториях Папавасилиу и Блобеля в Университете Рокфеллера, раскрывает метод манипулирования трипаносомами в кровотоке млекопитающих для получения характеристик стадии мух, состояния, которое облегчает иммунитет хозяина. система для устранения захватчика. Полученные данные свидетельствуют о том, что ингибирование определенных белков, которые взаимодействуют с хроматином — массой ДНК и белков, которые упаковывают генетическую информацию клетки, — может «обмануть» паразита и заставить его дифференцироваться на другой стадии его жизненного цикла. Исследование будет опубликовано 8 декабря в журнале открытого доступа PLOS Biology.
«Блокируя эти взаимодействующие с хроматином белки, мы нашли способ сделать паразита видимым для иммунной системы», — говорит Нина Папавасилиу, руководитель лаборатории биологии лимфоцитов. "Форма кровотока паразита постоянно меняет белковые оболочки, поэтому иммунная система не может распознать и устранить его. Этот новый метод заставляет паразита думать, что он в лету, и ему не нужно беспокоиться о том, что иммунная система атакует его."
Эпигенетическая регуляция
Регуляторные белки взаимодействуют с хроматином, либо раскручивая его, либо более плотно упаковывая, влияя на то, какие гены экспрессируются.
Некоторые из этих регуляторных белков содержат область, называемую бромодоменом, который распознает определенный сигнал на хроматине и вызывает изменения в экспрессии генов.
Недавние исследования на мышах показали, что бромодомены участвуют в дифференцировке клеток, что привело Папавасилиу и его коллег к гипотезе о том, что такие эпигенетические механизмы могут приводить к переходу трипаносомы из одной формы в другую.
«Изменения в экспрессии генов, которые сопровождают переход между различными формами паразитов, были хорошо изучены», — сказала ведущий автор исследования Даная Шульц. "Но мы не понимали, происходит ли какая-то регуляция в ДНК, на уровне хроматина. Могут ли механизмы изменения хроматина быть важными для дифференцировки, до сих пор не изучалось."
Чтобы исследовать это, исследователи ингибировали белки бромодомена в клетках, вводя генетические мутации в их ДНК или подвергая клетки воздействию низкомолекулярного препарата под названием I-BET151, который, как известно, блокирует бромодомены у млекопитающих. Когда были внесены эти возмущения, исследователи наблюдали изменения в уровнях экспрессии генов, которые напоминали те, которые наблюдаются в клетках, дифференцирующихся от формы кровотока до формы мухи. Они также увидели, что у паразитов образуется проциклиновая оболочка, обычно встречающаяся у мух.
Основываясь на этих выводах, Папавасилиу и его коллеги предполагают, что белки с бромодоменами поддерживают форму трипаносом в кровотоке, и их ингибирование заставляет паразита прогрессировать в развитии в сторону формы мухи.
Они считают, что бромодомены могут служить потенциальной терапевтической мишенью для лечения африканской сонной болезни.
Использование естественной иммунной системы
Чтобы выяснить, можно ли использовать I-BET151 для борьбы с болезнью, исследователи использовали обработанные лекарством трипаносомы для заражения мышей. Мыши, инфицированные трипаносомами, обработанными лекарственным препаратом, выжили значительно дольше, чем мыши, которых не лечили, что указывает на то, что вирулентность паразита — его способность вторгаться в хозяина — снижалась в присутствии I-BET151.
«Когда бромодомены ингибируются, вариантная белковая оболочка заменяется неизменной оболочкой на поверхности трипаносомной клетки», — говорит Шульц. "Это означает, что поверхность паразита больше не является движущейся целью, что дает иммунной системе достаточно времени для его устранения."
I-BET151 недостаточно эффективен для использования в клинике, но кристаллическая структура, определенная Эриком Деблером и опубликованная в рамках этого исследования, дает прямые ключи к разгадке того, как можно разработать оптимизированное лекарство для связывания бромодоменов паразита в высокой степени специфическим образом. ограничение побочных эффектов.
«Современные методы лечения этого заболевания ограничены, и они имеют серьезные побочные эффекты, включая очень высокий уровень смертности», — говорит Папавасилиу. «Это исследование и недавние работы других авторов демонстрируют, что нацеливание на белки, взаимодействующие с хроматином, открывает новые многообещающие возможности для разработки терапевтических средств. Это может относиться не только к африканской сонной болезни, но и к ряду связанных паразитарных болезней, таких как болезнь Шагаса или малярия, с гораздо более значительным бременем болезней, чем вызванное Trypanosoma brucei."