Regulamentul traducerii în parazitul protozoar Leishmania
Zemfira N. Karamysheva
1 Departamentul de Științe Biologice, Universitatea Texas Tech, Lubbock, TX 79409, SUA
Sneider Alexander Gutierrez Guarnizo
2 Departamentul de biologie celulară și biochimie, Texas Tech University Health Sciences Center, Lubbock, TX 79430, SUA; ude.cshutt@zinraugs
3 Program de studiu și control al suprafețelor tropicale, Universitatea din Antioquia, Medellín 050010, Columbia
Andrey L. Karamyshev
2 Departamentul de biologie celulară și biochimie, Texas Tech University Health Sciences Center, Lubbock, TX 79430, SUA; ude.cshutt@zinraugs
Abstract
Leishmanioza reprezintă o problemă gravă de sănătate la nivel mondial, iar rezistența la medicamente este o preocupare din ce în ce mai mare. Paraziții Leishmania folosesc mecanisme neobișnuite pentru a-și controla expresia genelor. Spre deosebire de multe alte specii, acestea nu au reglare transcripțională. Lipsa controlului transcripțional este compensată în principal prin mecanisme post-transcripționale, incluzând controlul translațional strâns și reglarea stabilității/translabilității ARNm de către proteinele care leagă ARN. Modularea traducerii joacă un rol major în supraviețuirea și adaptarea paraziților la medii diferite în timpul schimbării gazdei; totuși, cunoștințele noastre despre mecanismele moleculare fine ale traducerii în Leishmania rămân limitate. Aici, analizăm progresul actual în ceea ce privește înțelegerea modului în care schimbările din mecanismele de translație promovează diferențierea paraziților în timpul transmiterii de la o muscă de nisip la o mamă gazdă și discutăm despre modul în care reprogramarea translațională poate contribui la dezvoltarea rezistenței la medicamente.
1. Introducere
Speciile de Leishmania sunt protozoari unicelulari care provoacă leishmaniases care afectează aproximativ 12 milioane de oameni din întreaga lume [1]. În prezent sunt recunoscute 53 de specii de Leishmania, dintre care 20 sunt patogene pentru oameni [2]. Leishmanioza viscerală, cunoscută și sub numele de kala azar, este cea mai severă formă a bolii, cu o rată a mortalității de aproape 100% dacă nu este tratată [3,4]. De obicei este cauzată de L. donovani și L. infantum. Pacienții prezintă mărirea splinei și ficatului, febră și scădere în greutate. Un alt tip, leishmanioza mucocutanată, produce leziuni care pot duce la distrugerea severă a membranelor mucoase ale cavităților nasului, gurii și gâtului. Este cauzată în principal de L. braziliensis și L. panamensis. Formele cutanate de leishmanioză sunt cele mai frecvente și se caracterizează prin prezența ulcerelor cutanate; acestea reprezintă aproximativ 90% din toate cazurile noi [5]. Până la 20 de specii pot provoca leishmanioză cutanată [2]. Din păcate, opțiunile de tratament pentru leishmanioză sunt foarte limitate, iar rezistența la medicamente este o mare problemă [6,7].
În timpul ciclului lor de viață, acești protozoari purtători de vectori alternează între promastigote flagelate, care trăiesc în formă extracelulară în intestinul mediu al muștelor de nisip, și amastigote, care locuiesc în compartimentul fagolizozomal al macrofagelor de mamifere (Figura 1). Controlul leishmaniozei este împiedicat de lipsa unui vaccin sigur, alegerea limitată a medicamentelor, toxicitatea ridicată a acestora și apariția tulpinilor rezistente la medicamente [8,9].
Etape majore în diferențierea parazitului Leishmania. În timpul ciclului de viață Leishmania, paraziții tranzitează de la vectori de muscă de nisip flebotomină la gazde vertebrate de mamifere. La gazda nevertebrate, Leishmania spp. adoptă două etape diferite. Promastigotele prociclice proliferează în intestinul mediu abdominal al insectelor, devenind progresiv promastigotele metaciclice care migrează spre intestinul mediu anterior. Apoi, paraziții se transmit gazdelor mamifere în timpul unei mese de sânge. Odată ajunși în gazda vertebratelor, paraziții intră în fagocite și se transformă în amastigote intracelulare. Amastigotii pot supraviețui și prolifera în interiorul fagolizozomului, distrugând în cele din urmă gazda celulară, infectând celule noi de mamifere și repornind o rundă de infecție în timpul unei noi mușcături de insecte. Punctele roșii indică localizarea paraziților.
Paraziții Leishmania posedă trăsături moleculare unice, cum ar fi transcrierea policistronică și, ca urmare, lipsa controlului transcripțional [10,11]. Transcrierile policistronice lungi care codifică proteinele fără legătură funcțională sunt produse de ARN polimeraza II. ARN-urile policistronice au fost prelucrate prin 5-trans-splicing al unei secvențe de lider spliced capped și 3 ′ poliadenilare pentru a genera mARN-uri mature [12]. Prin urmare, absența controlului transcripțional face din Leishmania un model bun pentru a studia reglarea post-transcripțională, inclusiv traducerea ARNm reprezentând mecanismul major al expresiei genice la speciile Leishmania.
Din moment ce Leishmania spp. lipsa controlului transcripțional, au evoluat pentru a avea o varietate de proteine care leagă ARN (RBP) pentru a controla expresia genelor post-transcripțional. RBP promovează diferențierea paraziților și susțin supraviețuirea lor la nevertebrate și vertebrate gazde, unde întâlnesc un mediu atât de diferit. Această reglare fină a reglării expresiei genelor în timpul ciclului de viață al parazitului se realizează prin modularea stabilității nivelului de ARNm și implicarea transcriptului în traducere.
În această revizuire, ne concentrăm pe rolul controlului translațional și al RBP-urilor în reglarea ciclului de viață al parazitului și capacitatea de a supraviețui și de a prospera în timpul transmiterii către o altă gazdă. Se pune un accent special pe rolul reprogramării translaționale în dezvoltarea rezistenței la medicamente. Descoperirea mecanismelor moleculare de control translațional utilizate de paraziții Leishmania pentru a înflori în diferite gazde, cum ar fi muștele de nisip și mamiferele, și descifrarea rolului reprogramării translaționale în rezistența la medicamente ajută la identificarea de noi ținte farmacologice și la dezvoltarea de noi tratamente în viitor.
2. Controlul translațional în timpul diferențierii Leishmania
Paraziții protozoarelor Leishmania au un ciclu de viață parazit complex, alternând între un vector de muscă de nisip și o gazdă de mamifer. Există ca promastigote foarte mobile care conțin flageli (la insecte) și ca amastigote cu flageli foarte scurți (la mamifere). Promastigotele flagelate trăiesc libere în intestinul mediu al insectei și suferă o transformare dramatică în gazda mamiferelor, unde devin amastigote care trăiesc în interiorul macrofagelor.
Reglarea traducerii în diferite etape ale ciclului de viață la paraziții Leishmania. Paraziții Leishmania suferă modificări dramatice în traducere în timpul schimbării gazdei. În timpul tranziției de la vectorul insectelor la gazda vertebrată, schimbările de temperatură, pH și nutriție promovează reprimarea tradițională generală prin fosforilarea eIF2α. În același timp, traducerea selectivă este reglată în amastigote, pentru a asigura supraviețuirea și adaptarea paraziților în macrofage. În zborul nisipului, paraziții experimentează o scădere substanțială a temperaturii și modificări ale pH-ului și nutriției. Promovează creșterea substanțială a traducerii și diferențierea amastigotei la promastigote extrem de proliferative. MΦ, macrofag; PP, promastigote prociclice; MP, promastigote metaciclice; AM, amastigote.
Inițierea traducerii poate juca un rol important în reprogramarea translațională atunci când paraziții intră într-o altă gazdă. Inițierea traducerii are loc prin legarea proteinei de legare a capacului eIF4E la structura capacului 5 ′, împreună cu partenerul său de legare eIF4G care servește ca proteină de schelă [20]. Apoi, o subunitate mare de ribozomi este recrutată atunci când complexul de inițiere ajunge la primul AUG [27]. Interesant este că genomurile tripanosomatide, inclusiv speciile Leishmania, au un număr mare de complexe care leagă capacul, inclusiv șase paralogi ai eIF4E și cinci paralogi pentru proteina eșafod eIF4G [30,31,32,33,34,35]. Prezența multor paralogi cu diferite activități de legare a capacelor și profiluri de expresie în timpul ciclului de viață al parazitului sugerează că fiecare paralog a evoluat pentru a îndeplini o funcție biologică diferită și o reglare foarte complexă a expresiei genelor, în timpul inițierii traducerii pentru a sprijini parazitul. supraviețuirea în medii în continuă schimbare. Cu toate acestea, rolul precis al acestor proteine în paraziții Leishmania rămâne neclar și necesită investigații suplimentare.