Обнаружен механизм нечувствительности к важному противомалярийному препарату у нового варианта патогена
Малярия — одно из самых опасных инфекционных заболеваний. Возбудители — микроорганизмы рода Plasmodium. Особо опасную форму болезни вызывает Plasmodium falciparum. Артемизинин — один из важнейших противомалярийных препаратов против этого паразита. Однако у распространяющегося сейчас мутантного варианта патогена эффективность артемизинина ограничена. Команда исследователей под руководством биохимика Робина Шумана из Кайзерслаутерна обнаружила механизм этого явления: неправильно свернутый белок, участвующий в развитии паразита. Исследование опубликовано в журнале Redox Biology.
Ограниченное временное окно действия препарата
Эффективность артемизинина ограничена во времени после введения. Он действует только на плазмодии, находящиеся на определенной стадии жизненного цикла. В мутантном варианте, возникшем в приграничном районе Таиланда и Камбоджи, наблюдается задержка развития патогенов. Они дольше остаются на стадии, где препарат не действует.
Мутация в белке Kelch13
Причина — мутация в гене, кодирующем белок Kelch13. В результате аминокислота цистеин заменяется на тирозин в определенном участке этого белка. Исследование проводилось в рамках Приоритетной программы (SPP 1710) Немецкого исследовательского фонда.
Проверка двух гипотез
Существовали две гипотезы о роли Kelch13:
- Редокс-активность: Белок структурно похож на центральный редокс-сенсор позвоночных. Предполагалось, что мутация цистеина (содержащего серу и потенциально редокс-активного) меняет эффект артемизинина (который является пероксидом и также редокс-активным).
- Участие в поглощении гемоглобина: Другие группы показали, что Kelch13 необходим для поглощения гемоглобина из эритроцитов в паразита, и мутация нарушает этот процесс.
Опровержение первой гипотезы
Робин Шуман в своей докторской диссертации опроверг первую гипотезу. Он заменил остаток цистеина в Kelch13 на серин (химически похож, но не редокс-активен и не содержит серы). Это не повлияло на чувствительность к артемизинину, что исключило роль редокс-активности в данном контексте. Причина должна быть связана именно с остатком тирозина в мутантном варианте.
Фокус на второй гипотезе и новое открытие
Исследователи из Кайзерслаутерна создали штамм патогена, в котором можно было регулировать количество белка Kelch13, используя рибозим (малая РНК-молекула). Снижение концентрации белка также приводило к снижению чувствительности к артемизинину.
Чтобы выяснить точную причину, Шуман более года работал над получением рекомбинантного белка Kelch13 в клетках насекомых в сотрудничестве с Европейской лабораторией молекулярной биологии в Гейдельберге.
Ключевой результат: неправильное сворачивание белка
Очистка и анализ изолированного белка показали, что мутация вызывает неправильное сворачивание (мисфолдинг) белка, что нарушает его функцию. В результате патоген медленнее поглощает гемоглобин, развитие паразитов на ранних стадиях задерживается, и артемизинин не успевает подействовать в своем временном окне.
Исследование опубликовано в Redox Biology под заголовком: "Protein abundance and folding rather than the redox state of Kelch13 determine the artemisinin susceptibility of Plasmodium falciparum".