Как смертоносные паразиты «скользят» в клетки человека

В биологии скользящее движение — это перемещение клетки по поверхности без изменения формы. Такой способ передвижения уникален для паразитов типа Apicomplexa, таких как Plasmodium (возбудитель малярии) и Toxoplasma. Эти паразиты, переносимые комарами и кошками, оказывают огромное влияние на глобальное здоровье. Plasmodium вызывает около 228 миллионов случаев малярии и примерно 400 000 смертей в год. Toxoplasma, которым заражена до трети человечества, может вызывать тяжёлые симптомы и особенно опасен во время беременности.

Скольжение позволяет паразитам Apicomplexa проникать в клетки хозяина и перемещаться между ними. Например, попав в организм человека через укус комара, Plasmodium скользит через кожу, прежде чем пересечь стенку кровеносных сосудов. Движение обеспечивается белками актином и миозином — теми же, что отвечают за работу мышц у позвоночных. Миозин обладает молекулярными «ножками», которые «шагают» по актиновым филаментам, создавая движение.

У Apicomplexa миозин взаимодействует с несколькими другими белками, формируя комплекс под названием глидеосома. Точный механизм его работы до конца не изучен, отчасти потому, что молекулярная структура большинства его белков была неизвестна. Понимание этого механизма могло бы помочь в разработке лекарств, блокирующих сборку глидеосомы и останавливающих развитие малярии и токсоплазмоза.

Молекулярные «ходули» облегчают скольжение

Учёные из EMBL в Гамбурге проанализировали молекулярную структуру эссенциальных лёгких цепей (ELC) — белков глидеосомы, которые связываются непосредственно с миозином. Было известно, что они необходимы для скольжения, но их точная структура и роль оставались загадкой. Исследователи получили молекулярные структуры ELC в комплексе с миозином A у Toxoplasma gondii и Plasmodium falciparum, используя рентгеноструктурный анализ и ЯМР (NMR).

Их исследование, опубликованное в Communications Biology, показывает, что ELC работают как «молекулярные ходули»: связываясь с миозином A, они становятся жёсткими и начинают действовать как его рычаг. Это удлиняет «шаг» миозина, что, вероятно, ускоряет скользящее движение паразита.

Учёные также изучили роль кальция (предполагаемого регулятора скольжения) во взаимодействии ELC и миозина A. Неожиданно они обнаружили, что кальций не влияет на структуру ELC, но повышает стабильность комплекса ELC-миозин A. Этот неожиданный результат показывает, что архитектура глидеосомы всё ещё таит много неизвестного.

«Эта работа впервые позволила увидеть, как эти организмы перемещаются», — говорит Мэтью Боулер из EMBL в Гренобле. «Прекрасные структуры показывают, как собран мотор, приводящий в движение это скольжение, и могут стать основой для разработки новых лекарств».

Мария Бернабеу, изучающая сосудистую дисфункцию при церебральной малярии в EMBL в Барселоне, добавляет: «Прохождение Plasmodium через кожу — это первая стадия заражения человека. Преимущество воздействия на паразита на этой стадии в том, что присутствует всего около сотни паразитов. Понимание механизма скольжения может помочь создать препараты или вакцины, нацеленные на Plasmodium до того, как он размножится».

Междисциплинарное сотрудничество

Эта работа — результат сотрудничества структурных биологов (группа Лёва) и паразитологов (группа Гилбергера) из EMBL в Гамбурге и Центра структурной системной биологии (CSSB), а также учёных из Института тропической медицины Бернхарда Нохта, Гамбургского университета и Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге. Она демонстрирует потенциал междисциплинарных исследований для понимания биологических процессов и разработки будущих стратегий борьбы с паразитарными болезнями.