Крио

Nature Communications, том 14, номер статьи: 1775 (2023) Цитировать эту статью

Доступы 1892 г.

15 Альтметрика

Подробности о метриках

Апикальный комплекс представляет собой специализированную совокупность цитоскелета и секреторного аппарата апикомплексных паразитов, к которым относятся возбудители малярии и токсоплазмоза. Его строение и механизм движения изучены недостаточно. Мы использовали крио-FIB-фрезерование и криоэлектронную томографию для визуализации 3D-структуры апикального комплекса в его выдвинутом и втянутом состояниях. Средние коноидные волокна выявили их полярность и необычное расположение из девяти протофиламентов с соответствующими белками, соединяющими и, вероятно, стабилизирующими волокна. Ни структура коноидных волокон, ни архитектура спиралевидного коноидного комплекса не изменяются во время выпячивания или втягивания. Таким образом, коноид движется как твердое тело, а не является пружинистым и сжимаемым, как предполагалось ранее. Вместо этого апикально-полярные кольца (APR), ранее считавшиеся жесткими, расширяются во время коноидального выпячивания. Мы идентифицировали актиноподобные филаменты, соединяющие коноид и APR во время выпячивания, указывая на их роль во время движений коноида. Кроме того, наши данные фиксируют паразитов в процессе секреции во время выпячивания коноида.

Все внутриклеточные патогены должны осуществить проникновение в новую клетку-хозяина. Апикомплексные паразиты используют механизм инвазии, состоящий из специализированного цитоскелетного комплекса и секреторных органелл. В совокупности эта группа органелл известна как апикальный комплекс. Именно по этой структуре назван тип Apicomplexa, включающий возбудителей малярии, токсоплазмоза и криптоспоридиоза. Апикомплексные паразиты принадлежат к эукариотическому супертипу Alveolata, как и инфузории и динофлагелляты (дополнительный рисунок 1). Апикальный комплекс необходим для подвижности паразита, а также для инвазии в клетки-хозяева и выхода из них. Более того, мутации, которые нарушают функции апикальных комплексов, блокируют литический цикл апикомплексанов, делая их неинфекционными1,2,3,4.

Цитоскелет апикального комплекса сам по себе представляет собой структуру длиной около 250 нм (около 25% длины E. coli), состоящую из серии колец, организованных вокруг центральной спирали специализированных тубулиновых волокон, называемых коноидом, и внутри которой организованы секреторные органеллы. и подготовлены к секреции (рис. 1а). Хотя коноидные волокна состоят из тех же димеров тубулина, которые составляют субпелликулярные микротрубочки паразитов, они не образуют закрытых трубок5. Вместо этого коноидные волокна образуют открытую С-образную структуру5. Коноидный комплекс очень динамичен: он выдвигается и втягивается6, когда паразиты выделяют адгезины и другие факторы подвижности/инвазии7,8. Примечательно, что апикальный комплекс, по-видимому, развился из эукариотических ресничек, т.к. он содержит как тубулин, так и ассоциированные с ресничками белки9,10,11,12. Кроме того, ядро ​​апикального комплекса, включая коноид и его специализированные тубулиновые структуры, сохраняется не только у Apicomplexa13,14 и у близкородственных свободноживущих организмов15, но также и у более отдаленно родственных альвеол, таких как динофлагелляты16,17 (Дополнительная информация Рисунок 1). Таким образом, апикальный комплекс представляется древней структурой, молекулярный состав которой, структура высокого разрешения и механистическое понимание его функций до сих пор остаются во многом загадкой.

Карикатурный обзор компонентов апикального комплекса кокцидий со сравнением выдвинутого и втянутого состояний. Эта цветовая схема будет использоваться на протяжении всей рукописи. b Томографический срез частично втянутого коноида, который был подвергнут крио-FIB фрезеровке в поперечном сечении, четко показывает SPMT, заканчивающиеся около кольца AAD, и с проекциями AAD (фиолетовые стрелки), вкрапленными между соседними SPMT. в Томографический срез реконструированного апикального конца N. caninum с выступающим коноидом. Обратите внимание на плотность соединения двух мембран внутреннего мембранного комплекса (IMC, голубые стрелки). Другие этикетки и расцветки см. ниже. г 3D-сегментация и визуализация апикального комплекса из выступающего коноида (томограмма отличается от (в)). Метки и цвета, используемые в рукописи, если не указано иное: AAD (фиолетовый), аморфное кольцо плотности и проекции, связанные с APR; актиноподобные нити (пурпурные на (в)); APR (красный), апикальные полярные кольца; Коноидное волокно CF (оранжевое), интраконоидальные микротрубочки ICMT (светло-зеленый), комплекс внутренней мембраны IMC (голубой), преконоидальные кольца PCR (желтые), плазматическая мембрана PM (серая), субпелликулярные микротрубочки SPMT (темно-зеленые). д Томографический срез реконструированного апикального конца фрезерованного N. caninum с втянутым коноидом, аннотация как на (в). е 3D-сегментация и визуализация втянутого коноида (томограмма отличается от (д)) и раскрашена, как на (г). На продольных проекциях апикальный кончик ориентирован к верхней части изображений по всей рукописи, если не указано иное. Масштабные линейки: 100 нм (б – д).