Allernieuwste videomicroscopie onthult hoe malariaparasieten rode bloedcellen binnendringen
Door middel van een speciaal gebouwde zogenaamde ‘lattice light sheet microscope’ hebben onderzoekers de moleculaire details kunnen zien van malariaparasieten die rode bloedcellen binnendringen. Deze invasie stap is een kritiek punt in de levenscyclus van malaria en ligt aan de basis van vele malaria symptomen. De ontdekkingen, gepubliceerd in nature communications, kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen tegen malaria.
Malaria is een door muggen overgebrachte ziekte die jaarlijks wereldwijd vele duizenden mensen het leven kost. Veel van de ernstige symptomen van malaria – koorts, bloedarmoede en neurologische aandoeningen – ontstaan door de invasie en groei van de Plasmodium parasiet in de rode bloedcellen (RBCs of erytrocyten) van een geïnfecteerd persoon. Daarbij is wijziging van de membraan essentieel om de membraanbarrière te omzeilen en de RBCs binnen te dringen. De malaria parasiet Plasmodium, induceert biofysische en moleculaire veranderingen in de membraan door de geordende secretie van zijn apicale organellen en vormt een parasitofore vacuole om zijn ontwikkeling in de erytrocyt mogelijk te maken.
Onderzoek
Bij het huidige onderzoek wordt getracht, met behulp van 4D-opnames met de ‘lattice light sheet microscoop’ (LLSM), dit proces te begrijpen en antwoord te geven op de vraag hoe het parasitofore vacuole membraan (PVM) wordt gevormd. De uitdaging van het bestuderen van PVM-vorming ligt in de dynamische aard van deze gebeurtenis, die wordt voltooid in tien tot twintig seconden, en het ontbreken van een bestaand model voor membraan invaginatie. De LLSM, een geavanceerde beeldvormingstechnologie die onderzoekers in staat stelt cellen en organen ongekend gedetailleerd en in real time te visualiseren, maakt het nu mogelijk om interactie van de malariaparasiet met het membraan van de gastheercel te volgen en te karakteriseren tijdens de invasie.
Resultaten
Bij het onderzoek zijn video's met hoge resolutie gemaakt van individuele parasieten die rode bloedcellen binnendringen, en de moleculaire en cellulaire veranderingen die tijdens dit proces optreden zijn gevisualiseerd. Daarbij zijn onder andere 'duw en trek' interacties te zien als de parasiet landt op de RBC, en vervolgens de cel binnendringt in een vacuole - waar hij groeit en zich vermenigvuldigt. Ook is nu voor het eerst onthuld dat de vacuole wordt gevormd uit het membraan van de RBC.
Conclusie
De meeste
antimalariatherapieën en vaccins richten zich op de initiële binding van
malaria aan de RBC. Doordat deze processen nu in meer detail te zien zijn zou
dit kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe anti-malaria therapieën. Zo
is bijvoorbeeld bekend dat de vacuole van de parasiet afhankelijk is van
componenten van het membraan van de RBC, en dus zou het mogelijk zijn om met
medicijnen op deze componenten te richten om de levenscyclus van de parasiet te
verstoren. Deze op de gastheer gerichte aanpak zou een manier kunnen zijn om de
neiging van de malariaparasiet om snel geneesmiddelenresistentie te ontwikkelen
te omzeilen.
LLSM kan gebruikt worden voor het observeren van de specifieke stappen van de
invasie van een parasiet die worden geblokkeerd door potentiële nieuwe
geneesmiddelen – zowel voor malaria als voor andere intracellulaire pathogenen.
Geschreven door:
Aurora
van de Loo
1. Persbericht WEHI van 15 juni 2021. Nieuws Microscopic CCTV reveals secrets of malaria invasion. Verkregen via https://www.wehi.edu.au/news/microscopic-cctv-reveals-secrets-malaria-invasion, op [16-06-2021]
2. Geoghegan ND, Evelyn C, Whitehead LW, Pasternak M, McDonald P, Triglia T, et al. 4D analysis of malaria parasite invasion offers insights into erythrocyte membrane remodeling and parasitophorous vacuole formation. Nat Commun 2021; https://doi.org/10.1038/s41467-021-23626-7