Forskare upptäcker hur entamoeba histolytica identifierar immunsystemet

Forskare upptäcker hur entamoeba histolytica identifierar immunsystemet

Den encelliga parasitenEntamoeba histolyticaInfekterar 50 miljoner människor varje år och dödar nästan 70 000. Normalt orsakar denna dåliga, formskiftande amöba inget värre än diarré. Men ibland orsakar det allvarlig, till och med dödlig sjukdom genom att orsaka sår i tjocktarmen, göra delar av levern flytande och invadera hjärnan och lungorna.

Den kan döda allt du kastar på den, vilken typ av mänsklig cell som helst. "

Katherine Ralston, docent, Institutionen för mikrobiologi och molekylär genetik

E. histolyticakan till och med undgå immunförsvaret – och det kan döda de vita blodkroppar som ska kämpa mot dem.

Forskare har kämpat för att förstå hur det gör detta. Men i en ny tidning publicerad i majnumret avTrender inom parasitologiRalston och hennes labb har lagt upp en plan för definitiv strid med hjälp av genetiska verktyg för att dissekera funktionen hos dess proteiner och gener.

"Alla parasiter är underskattade, menE. histolyticaär särskilt förbryllande," sa Ralston. Att bygga verktygen för studien tog år. Men längs vägen har hon upptäckt överraskningar som kan sätta scenen för förbättrade behandlingar.

Att hitta en mikroskopisk mördares mordvapen

E. histolyticakommer in i tjocktarmen efter att en person fått i sig förorenad mat eller vatten, vanligtvis i utvecklingsländer med dålig vattensanering. I USA är det vanligast hos personer som nyligen har tagit utlandsresor eller immigrerat från andra länder.

Dess artnamn, Histolytica, betyder "vävnadsskada" - eftersom det skapar initiala fickor av avfallsvävnad som kallas bölder i de organ som den infekterar. Medan det härjar genom en persons organ, äter det inte ordentligt upp cellerna som det dödar. Istället lämnar den de skadade cellerna för att spilla ut sitt innehåll medan den flyttar in för att döda andra celler.

Ralston började studera denna skräckinjagande lilla best 2011 under ett postdoktorandstipendium vid University of Virginia. Då trodde folk att det dödade celler genom att injicera dem med ett gift. Men när hon tittade på det genom ett mikroskop såg hon något helt annat.

E. histolyticatog faktiskt tuggor ur mänskliga celler. Mikroskopet tittade: "Du kunde se små bitar av den mänskliga cellen bryta av," sa hon. Dessa fångade cellfragment, som glödde fluorescerande grönt under deras mikroskop, samlades i amöban.

Deras rapport om att parasiten dödar celler genom denna process, kallad "trogocytos", publicerades i tidskriften Nature 2014. "Detta var viktigt", sa hon. "För att utveckla nya terapier eller vacciner måste du verkligen veta hurE. histolyticaSkadar vävnad. "

Ralston upptäckte 2022 att efter att ha intagit delar av mänskliga celler blir det resistent mot en viktig komponent i det mänskliga immunsystemet - en klass av molekyler som kallas "komplementproteiner" som hittar och dödar invaderande celler.

I en ny artikel publicerad i oktober 2024 i BioRxiv fann Ralston och doktorander Maura Ruyechan och Wesley Huang att amöban uppnår denna resistens genom att inta proteiner från de yttre membranen av mänskliga celler och placera dem på sin egen yttre yta. Två av dessa mänskliga proteiner, kallade CD46 och CD55, förhindrar komplementproteiner från att flytta till ytan av amöban.

I huvudsak dödar amöbor mänskliga celler och dödar sedan deras proteinuniformer som en förklädnad så att de kan undvika det mänskliga immunsystemet.

Bygga verktyg för vetenskapliga upptäckter

Med andra patogener som HIV och Salmonella gjorde forskare snabba framsteg genom att identifiera många gener och sedan genomföra experiment med hög genomströmning för att slå ut dessa gener en i taget för att hitta de som är avgörande för att orsaka sjukdom. Men det var svårt med detE. histolytica.

Genomet, som sekvenserades 2005, är fem gånger större än det för Salmonella och 2 500 gånger större än det för HIV. Att analysera IT krävde år av framsteg inom bioinformatik. Men en studie från 2013 visade äntligen något lovande:E. histolyticaanvänder en cellulär process som kallas "RNA-inhibition" (RNAi) som en volymknapp för att kontrollera uttrycket av sina gener.

"Vi trodde att vi kunde förvandla detta till ett verktyg för att förstå dess genom," sa Ralston. År 2021 publicerade hon, Ruyechan, Huang och sex kollegor från UC Davis ett dokument som demonstrerade ett sådant verktyg som de utvecklat. Deras "RNAi-bibliotek" tillåter dem att individuellt hämma uttrycket av var och en av parasitens 8 734 kända gener.

I sin senaste artikel, publicerad som omslagsartikel i Trends in Parasitology denna månad, presenterar Ralston, Huang och Ruyechan en plan för att använda detta RNAi-system för att snabbt identifiera gener som krävs för att amöban ska kunna göra viktiga saker, som: B. när de biter mänskliga celler eller stjäl deras proteiner.

De är engagerade i att kombinera detta med genredigeringsverktyget CRISPR. Detta tillvägagångssätt gjorde det möjligt för dem att märka proteiner med fluorescerande markörer för att observera hur de interagerar under ett mikroskop. eller ta bort små delar av gener och proteiner för att hitta de specifika delar som är kritiskt viktiga och kan riktas mot läkemedel.

"Vi ser nu ett ljus i slutet av tunneln, och vi tror att detta kan vara möjligt", säger Huang, som förespråkar för forskarvärlden att utveckla CRISPR för användning i amöban.

Från grundforskning till medicinska genombrott

Berättelsen omE. histolyticaIllustrerar värdet av grundforskning – och hur den bidrar till medicinska genombrott för kommande år.

Det tog år för forskare att lära sig hur man odlar denna parasit i labbet, och år till för Ralston att ta reda på hur den biter mänskliga celler och sätter ihop deras proteiner för att undvika immunsystemet. Även efter att dess genom sekvenserats tog det tid för Ralston och andra forskare att utveckla experimentella verktyg för att plocka isär det. Detta utgör grunden för att identifiera gener eller proteiner som kan riktas mot vacciner eller nya läkemedel.

"Vetenskap är en byggprocess," sa Ralston. "Du måste bygga ett verktyg ovanpå ett annat tills du äntligen är redo att upptäcka nya behandlingar."

Ralstons arbete finansierades av National Institutes of Health och stödde stöd från American Society for Microbiology, Pew Charitable Trusts, Hellman Foundation och Hartwell Foundation. Denna forskning har använt flera kärnanläggningar för UC Davis Research, inklusive Light Microscopy Imaging Facility, Bioinformatics Core Facility och Molecular and Genomic Imaging Center.

Ytterligare författare på 2021 års uppsats som presenterar RNAi-biblioteket inkluderar: Akhila Bettadapur, Rene Suleiman, Hannah Miller och Tammie Tam (UC Davis College of Biological Sciences); Samuel Hunter och Matthew Settes (UC Davis Genome Center); och Charles Barbieri (Seqmatic LLC, Fremont, CA).

Källor: