Исследователи паразитов «расплавили» белки, чтобы понять их роль в заражении

Одноклеточный паразит Toxoplasma gondii (T. gondii), как и люди, растения и бактерии, использует ионы кальция в качестве сигнальных молекул для координации важных клеточных процессов. Однако, хотя сигнальная молекула та же, коммуникационные пути, формирующиеся вокруг кальция, значительно различаются у разных организмов.

«Поскольку паразиты Toxoplasma так сильно отличаются от нас, они эволюционировали собственные наборы белков, участвующих в кальциевых сигнальных путях», — сказала Элис Хернайзен, аспирант в лаборатории члена Института Уайтхеда Себастьяна Луридо.

Луридо и его лаборатория изучают молекулярные механизмы, позволяющие одноклеточному паразиту T. gondii и родственным патогенам быть столь широко распространёнными и потенциально смертоносными. Кальциевая сигнализация — важная часть процесса вторжения паразита в организм хозяина. «Кальций управляет этим критическим переходом от репликации паразитов внутри клеток хозяина к их выходу из этих клеток и поиску новых для заражения», — пояснил Луридо.

Статья, опубликованная 17 августа в журнале eLife, проливает свет на этот процесс. В ней Хернайзен, Луридо и их коллеги использовали метод термального профилирования, чтобы широко исследовать, какие белки паразита задействованы в кальциевой сигнализации у T. gondii. Новая работа показывает, что неожиданный белок играет роль в кальциевых путях паразита, и предоставляет новые мишени, которые учёные потенциально могли бы использовать, чтобы остановить его распространение. Эти данные также станут ресурсом для других исследователей Toxoplasma.

Метод термального профилирования

Метод основан на наблюдении, что белки работают при определённых температурах, а при перегреве «плавятся» (денатурируют). Небольшие изменения в химической структуре белка — например, в результате связывания с такой малой молекулой, как кальций — могут изменить его температуру плавления. Исследователи могут отследить эти изменения с помощью протеомных методов.

В новой работе учёные исследовали влияние кальция на все белки паразита двумя подходами:

1. Термальное профилирование: Паразитов комбинировали с определённым количеством кальция, нагревали и с помощью протеомики отслеживали, как кальций влиял на температуру плавления каждого белка.
2. Анализ фосфорилирования: Паразитов обрабатывали химическим веществом, вызывающим контролируемое высвобождение запасов кальция, и измеряли, как со временем меняется модификация белков — фосфорилирование.

Вместе эти методы позволили сделать выводы о том, как белки могут чувствовать и реагировать на кальций в сигнальной сети.

Ключевое открытие: роль белка PP1

Исследователи сосредоточились на одном конкретном белке — Протеинфосфатазе 1 (PP1). Этот белок распространён у многих видов, но ранее никогда не был связан с кальциевыми сигнальными путями. Учёные обнаружили, что он концентрируется на переднем конце паразита — области, участвующей в движении и вторжении в клетку хозяина.

Роль PP1 — удалять фосфатные группы с фосфорилированных белков. Когда исследователи истощили запасы PP1 в клетках паразита, они обнаружили, что этот белок каким-то образом участвует в помощи паразиту в поглощении кальция, необходимого для движения. Пока неясно, связывает ли он сам кальций или участвует в пути через другой механизм.

Значение для общественного здоровья и дальнейших исследований

Поскольку паразиты используют кальциевую сигнализацию для координации жизненных циклов, понимание ключевых игроков в этих путях может стать прорывом для общественного здоровья. «Это своего рода точки давления или узлы, которые было бы идеально атаковать, чтобы предотвратить распространение и патогенез этих паразитов», — сказала Хернайзен.

Хотя в данной работе основное внимание уделялось PP1, полученные данные содержат информацию почти о каждом экспрессируемом белке в клетках паразита. «Я думаю, часть причины, по которой я хотела опубликовать эту статью, — чтобы научное сообщество могло сделать следующие шаги», — отметила Хернайзен.