Wariant glikoproteiny powierzchniowej

Identyfikatory
glikoprotein o zmiennej powierzchni
Organizm Trypanosoma brucei
Symbol Tb927.5.4730
Alt. symbolika Tb05.26C7.380
Entrez 3657576
Inne dane
Chromosom 5: 1,41 - 1,41 MB
Wariant glikoproteiny powierzchniowej MITAT 1.2
Identyfikatory
Organizm Trypanosoma brucei
Symbol Nie dotyczy
Alt. symbolika WSG 221
UniProt P26332
Szukaj
Struktury Model szwajcarski
Domeny InterPro

Wariant glikoproteiny powierzchniowej ( VSG ) jest białkiem ~60 kDa, które gęsto upakuje powierzchnię komórek pierwotniaków pasożytniczych z rodzaju Trypanosoma . Ten rodzaj wyróżnia się białkami powierzchniowymi komórek. Zostały one po raz pierwszy wyizolowane z Trypanosoma brucei w 1975 roku przez George'a Crossa . VSG pozwala pasożytom trypanosomatycznym uniknąć układu odpornościowego gospodarza ssaka poprzez rozległą zmienność antygenową . Tworzą powłokę powierzchniową 12–15 nm. Dimery VSG, ~ 90% wszystkich białek powierzchniowych komórek. Stanowi również ~ 10% całkowitego białka komórkowego. Z tego powodu białka te są wysoce immunogenne, a odpowiedź immunologiczna wywołana przeciwko specyficznemu płaszczowi VSG szybko zabije trypanosomy wykazujące ekspresję tego wariantu. Jednak przy każdym podziale komórki istnieje możliwość, że potomstwo zmieni ekspresję, aby zmienić ekspresję VSG. VSG nie ma określonej biochemicznej .

Trypanosoma brucei jest gęsto upakowana dimerami VSG, które stanowią około 90% białka powierzchniowego komórki, co pozwala pasożytowi uniknąć układu odpornościowego i wywołać przewlekłą infekcję.

Pasożyt ma duży repertuar komórkowy antygenowo odrębnych VSG (~1500/2000 [ potrzebne źródło ] kompletne i częściowe ( pseudogeny )) zlokalizowanych w macierzach telomerowych i subtelomerycznych (na chromosomach megazasadowych lub minichromosomach ). VSG są wyrażane z miejsca ekspresji krwiobiegu (BES, ES) w policistronie przez polimerazę RNA I (rekrutowaną do promotora typu rybosomalnego ) z innymi genami związanymi z ES (ESAG), z których receptor transferyny (Tfr: ESAG6, ESAG7) jest jeden. Tylko jeden gen VSG jest eksprymowany naraz, ponieważ tylko jeden z ~15 ES jest aktywny w komórce. Ekspresja VSG jest „przełączana” przez rekombinację homologiczną cichej kopii genu podstawowego z macierzy (kierowanej przez homologię) do aktywnego miejsca ekspresji zlokalizowanego telomerycznie. Podczas tego przejścia trypanosomy jednocześnie wyświetlają na swojej powierzchni VSG przed i po przełączeniu. Ten proces wymiany płaszcza ma kluczowe znaczenie dla przeżycia niedawno zmienionych komórek, ponieważ początkowe VSG pozostają celami dla narastającej odpowiedzi Ab gospodarza. Mozaikowe geny VSG można wytworzyć przez homologiczną rekombinację częściowego genu VSG z macierzy. Ten częściowy gen może zastąpić dowolną część rezydującego genu VSG, tworząc nową mozaikę VSG. Pomiary półtrwania VSG sugerują, że początkowe VSG mogą utrzymywać się na powierzchni genetycznie zmienionych trypanosomów przez kilka dni. Nie jest jasne, czy regulacja przełączania VSG jest czysto stochastyczna, czy też bodźce środowiskowe wpływają na częstotliwość przełączania. Fakt, że przełączanie zachodzi in vitro, sugeruje, że w procesie tym występuje przynajmniej pewien niezależny od gospodarza element stochastyczny.

Zmienność antygenowa powoduje cykliczne fale parazytemii, która jest jedną z cech ludzkiej trypanosomatozy afrykańskiej . Cykliczny proces trwa 5–8 dni. Dzieje się tak, ponieważ zróżnicowana gama sierści wyrażana przez populację trypanosomów oznacza, że ​​układ odpornościowy jest zawsze o krok w tyle: potrzeba kilku dni, aby rozwinęła się odpowiedź immunologiczna przeciwko danemu VSG, dając populacji czas na zróżnicowanie, gdy osobniki przechodzą dalsze zmiany wydarzenia. Powtarzanie tego procesu zapobiega wyginięciu infekującej populacji trypanosomów, umożliwiając chroniczne utrzymywanie się pasożytów u żywiciela i zwiększając możliwości przenoszenia.

W Trypanosoma brucei

W Trypanosoma brucei powierzchnia komórki jest pokryta gęstym płaszczem ~5 x 106 dimerów VSG , ~90% wszystkich białek powierzchniowych komórki. Stanowi również ~ 10% całkowitego białka komórkowego.

Właściwości płaszcza VSG, które umożliwiają unikanie układu odpornościowego, to:

  • Ekranowanie – gęsty charakter płaszcza VSG (białka VSG upakowane ramię w ramię) uniemożliwia układowi odpornościowemu gospodarza ssaka dostęp do błony plazmatycznej lub innych pasożytniczych niezmiennych epitopów powierzchniowych (takich jak kanały jonowe , transportery , receptory itp . ). Płaszcz jest jednolity, złożony z milionów kopii tej samej cząsteczki; dlatego VSG jest jedyną częścią trypanosomu, którą może rozpoznać układ odpornościowy.
  • Okresowa zmienność antygenowa - płaszcz VSG podlega częstym stochastycznym modyfikacjom genetycznym - „przełączaniu” - umożliwiając wariantom wyrażającym nowy płaszcz VSG uniknięcie specyficznej odpowiedzi immunologicznej wywołanej przeciwko poprzedniemu płaszczowi. Ta zmienność antygenowa tworzy cykliczne fale parazytemii charakterystyczne dla ludzkiej trypanosomatozy afrykańskiej.
  • „Oczyszczanie” antygenu i recykling VSG — VSG jest wydajnie poddawany recyklingowi przez kieszonkę wici trypanosomu, umożliwiając „oczyszczenie” przeciwciał z VSG przed ponownym włączeniem z powrotem do błony komórkowej. Co ważne, VSG rozpoznawane i wiązane przez przeciwciała są selektywnie wypychane w kierunku kieszeni wiciowej w szybszym tempie niż niezidentyfikowane VSG; w tym scenariuszu przeciwciało działa jak „żagiel”, który przyspiesza proces przenoszenia VSG do obszaru recyklingu.

VSG z T. brucei są przyłączone do błony plazmatycznej poprzez kowalencyjne przyłączenie do dwóch kotwic glikozylo-fosfatydyloinozytolu (GPI) (po jednej na monomer ), które kierują ich przemieszczanie do przodu z ER do kieszeni wiciowej w celu włączenia do błony, zgodnie z przewidywaniami hipotezy wartościowości GPI.

VSG są zastępowane przez równie gęstą warstwę procyklin , gdy pasożyt różnicuje się w postać procykliczną w jelicie środkowym muchy tse- tse. Następuje bardzo szybkie zahamowanie transkrypcji genu VSG, które następuje natychmiast po obniżeniu temperatury.

Wyrażenie

Źródłem zmienności VSG podczas infekcji jest duże „archiwum” genów VSG obecnych w genomie T. brucei . Niektóre z nich to pełnej długości, nienaruszone geny ; inne to pseudogeny (zwykle z mutacjami przesunięcia ramki odczytu , przedwczesnymi kodonami stop lub fragmentacją). Ekspresja antygenowo innego VSG może nastąpić po prostu przez przełączenie na inny gen VSG pełnej długości przez przełączenie miejsca ekspresji (przełączenie, który ES jest aktywny). Ponadto chimeryczny lub „mozaikowe” geny VSG można wygenerować przez połączenie segmentów z więcej niż jednego cichego genu VSG . Tworzenie mozaikowych VSG umożliwia (częściową) ekspresję pseudogenów VSG , które mogą stanowić większą część archiwum VSG i mogą bezpośrednio przyczyniać się do zmienności antygenowej, znacznie zwiększając zdolność trypanosomu do unikania odporności i stwarzając poważny problem dla opracowanie szczepionki .

VSG można wyciszyć i włączyć w dowolnym momencie. Wyrażony VSG jest zawsze zlokalizowany w miejscu ekspresji (ES), które są wyspecjalizowanymi loci ekspresyjnymi znajdującymi się w telomerach niektórych dużych i pośrednich chromosomów. Każdy ES jest jednostką policistronową, zawierającą pewną liczbę genów związanych z miejscem ekspresji (ESAG), z których wszystkie ulegają ekspresji wraz z aktywnym VSG. Chociaż istnieje wiele ES, tylko jeden jest zawsze aktywny w danym momencie. Wydaje się, że w ten proces zaangażowanych jest wiele mechanizmów, ale dokładny charakter wyciszenia jest nadal niejasny.

Ekspresjonowany VSG można zamienić albo przez aktywację innego miejsca ekspresji (a tym samym zmianę w celu ekspresji VSG w tym miejscu), albo przez zmianę genu VSG w miejscu aktywnym na inny wariant. Genom zawiera wiele kopii genów VSG, zarówno na minichromosomach, jak iw powtarzających się fragmentach we wnętrzu chromosomów. Są one na ogół ciche, zazwyczaj z pominiętymi sekcjami lub przedwczesnymi kodonami stop, ale są ważne w ewolucji nowych genów VSG. Szacuje się, że do 10% genomu T.brucei może składać się z genów lub pseudogenów VSG . Każdy z tych genów można przenieść do miejsca aktywnego przez rekombinację w celu ekspresji. Ponownie, dokładne mechanizmy, które to kontrolują, są niejasne, ale wydaje się, że proces ten opiera się na naprawy DNA i procesie rekombinacji homologicznej .

Miejsce ekspresji w krwioobiegu (BES) lub miejsce ekspresji telomerowej służy do wymiany wariantów glikoprotein powierzchniowych, gdy znajdują się w krwioobiegu gospodarza, aby uciec z układu dopełniacza . BES są polimorficzne pod względem wielkości i struktury, ale ujawniają zaskakująco konserwatywną architekturę w kontekście rozległej rekombinacji. Istnieją bardzo małe BES, a wiele funkcjonujących BES nie zawiera pełnego zestawu genów związanych z miejscem ekspresji (ESAG). Istnieje zbiór około 20-30 witryn, z których każda jest aktywna w danym momencie. Aktywne miejsca ekspresji VSG są pozbawione nukleosomów .

Repertuary genów u T. brucei rozeszły się i stały się specyficzne dla szczepu.

Warianty genów glikoprotein powierzchniowych T. brucei zostały podzielone na dwie grupy w zależności od tego, czy obserwuje się duplikację genów podczas ich ekspresji.

Mechanisms of VSG switching in T. brucei: A. Structure of the expression site including the expression site associated genes (ESAG), 70 base pair repeat up-stream sequence, expressed VSG gene, and the telomere B. Mechanism of array VSG conversion: A silent VSG is copied from a subtelomeric VSG array into an ES, where it replaces the active VSG. C. Telomeric VSG conversion: A telomeric VSG (including 70 bp repeat sequence upstream and telomere downstream) replaces the active VSG in the ES D. Segmental VSG conversion: Sequence is copied from multiple inactive VSG genes and combined into a novel mosaic VSG that occupies the ES E. Transcriptional VSG switching: A non-recombination based mechanism that activates a new (previously silent) ES, while inactivating the previously active ES.

Handel wydzielniczy

Trypanosomy mają prosty, spolaryzowany system transportu przez błonę, składający się z pojedynczego ER , lizosomu i aparatu Golgiego .

VSG jest najpierw transkrybowany jako policistron, a następnie przechodzi specyficzną dla trypanosomatydu poliadenylację i trans-splicing kierowany przez trakty polipirymidynowe . Ponieważ nie ma kontroli transkrypcji, VSG 3'UTR jest ważny dla stabilności RNA (co najważniejsze, 8mer i 14mer). VSG jest następnie transkrybowany na polisomach związanych z błoną , a pojawienie się N-końcowej sekwencji sygnałowej kieruje VSG do ER. W ten sposób VSG jest transportowany kotranslacyjnie do światła ER, szybko N-glikozylowany (w miejscach asn-x-ser/thr) i GPI zakotwiczony w miejscu ω przez reakcję transaminacji (usunięcie C-końcowej hydrofobowej sekwencji kotwiącej 17 lub 23 aa GPI). Miejscem ω jest zawsze Ser (zwykle w peptydach sekwencji sygnałowej o długości 17 aminokwasów), Asp (zwykle w peptydach o sekwencji sygnałowej o długości 23 aminokwasów) lub Asn. Również liczba N-glikozylacji na VSG może się zmieniać (zwykle 1-3 N-glikanów). VSG MITat.1.5 jest glikozylowany we wszystkich trzech potencjalnych miejscach N-glikozylacji.

VSG przechodzi następnie cykl fałdowania kalretikuliny / kalneksyny (kalneksyna jest nieobecna w Trypanosoma brucei ), gdzie jest przejściowo monoglukozylowana i deglukozylowana oraz oddziałuje z różnymi białkami opiekuńczymi ER, takimi jak BiP, w celu prawidłowego fałdowania. VSG skutecznie fałduje się i dimeryzuje (sugerując samoistnie korzystne fałdowanie) i jest transportowany przez aparat Golgiego do kieszeni wiciowej w celu włączenia do błony komórkowej.

Co ważne, po włączeniu do błony komórkowej, VSG może być później zawracane przez kieszonkę wiciową i sortowane z powrotem na powierzchnię komórki. VSG nie jest odwracany przez kanoniczne szlaki degradacji lizosomów lub proteasomów, ale zamiast tego jest tracony z komórki przez specyficzne rozszczepienie jego kotwicy GPI przez PLC specyficzny dla GPI .

Struktura

Geny VSG są bardzo zmienne na poziomie sekwencji (pierwotnej), ale uważa się, że warianty mają silnie konserwowane (trzeciorzędowe) cechy strukturalne , oparte na dwóch określonych trójwymiarowych strukturach i zachowaniu dwuwymiarowych motywów sekwencji (zstępujące i wstępujące alfa-helisy które tworzą interfejs dimeryzacji), umożliwiając im pełnienie podobnej funkcji ekranującej. VSG składają się z N-końcowej domeny około 300-350 aminokwasów o niskiej homologii sekwencji (13-30% identyczności) i bardziej konserwatywnego C-końca domena ~100 aminokwasów. Domeny N-końcowe są pogrupowane w klasy AC w ​​zależności od ich wzorców cysteinowych. Domeny C-końcowe są pogrupowane według homologii sekwencji w klasy I-III, najwyraźniej bez ograniczeń co do klas N-końcowych, z którymi mogą się łączyć w celu utworzenia pełnego VSG. Aby dimeryzować, N-końcowe domeny VSG tworzą wiązkę czterech helis alfa kierowanych przez interakcje hydrofobowe, wokół których wiszą mniejsze elementy strukturalne (pięć mniejszych helis i trzy arkusze beta).

VSG jest zakotwiczony w błonie komórkowej za pomocą kotwicy glikofosfatydyloinozytolu (GPI) — niekowalencyjnego wiązania z C-końca, które kieruje jego ruch do przodu z ER do błony. Ta kotwica GPI jest specyficznie rozszczepiana przez fosfolipazę C GPI, rozszczepiając VSG w postaci błony i umożliwiając utratę białka VSG i części kotwicy GPI do środowiska zewnątrzkomórkowego jako rozpuszczalny VSG (sVSG, który można rozpoznać jako reagujący krzyżowo Determinant lub CRD), przy jednoczesnym zachowaniu dwóch łańcuchów 1,2-dimirystologlicerolu w błonie.

Struktura jednego z N-końcowych wariantów VSG. Geny VSG mają w dużej mierze konserwatywną drugorzędową i trzeciorzędową strukturę N-końcową (składającą się z dwóch alfa-helis, które tworzą interfejs dimeryzacji i które łączą się w wiązkę czterech helis), jednocześnie pozwalając na zmienną sekwencję pierwszorzędową. Ta zmienna sekwencja pierwszorzędowa pozwala na antygenowe odróżnienie VSG od siebie, co stanowi sedno zmienności antygenowej.

Zmienność antygenowa

VSG jest wysoce immunogenny , a odpowiedź immunologiczna wywołana przeciwko specyficznemu płaszczowi VSG szybko zabije trypanosomy wykazujące ekspresję tego wariantu. Zabijanie trypanosomów za pośrednictwem przeciwciał można również zaobserwować in vitro w teście lizy za pośrednictwem dopełniacza . Jednak przy każdym podziale komórki istnieje możliwość, że jedno lub oba potomstwo przełączy wyrażenie, aby zmienić wyrażany VSG. Częstotliwość przełączania VSG została zmierzona na około 0,1% na podział, chociaż częstość przełączania różni się w hodowli w porównaniu z in vivo . Populacje T. brucei osiągają szczyt przy wielkości 10 11 u żywiciela to szybkie tempo zmian zapewnia stałą różnorodność populacji pasożytów. Zróżnicowany zakres płaszczy wyrażany przez populację trypanosomów oznacza, że ​​układ odpornościowy jest zawsze o krok w tyle: potrzeba kilku dni, aby rozwinęła się odpowiedź immunologiczna przeciwko danemu VSG, dając populacji czas na zróżnicowanie, gdy osobniki przechodzą dalsze zdarzenia przełączania. Powtarzanie tego procesu zapobiega wyginięciu infekującej populacji trypanosomów, umożliwiając chroniczne utrzymywanie się pasożytów u żywiciela, zwiększając możliwości przenoszenia. Efektem klinicznym tego cyklu są kolejne „fale” parazytemii (trypanosomy we krwi).

W innych trypanosomach

Glikoproteiny o zmiennej powierzchni występują również u innych gatunków Trypanosoma ,

U Trypanosoma equiperdum , pasożyta wywołującego chorobę okrywającą u koni, białka te umożliwiają pasożytowi skuteczne unikanie układu odpornościowego zwierzęcia żywiciela. Te VSG pozwalają organizmowi na ciągłą manipulację i zmianę struktury powierzchniowej swoich białek, co oznacza, że ​​jest on stale prezentowany układowi odpornościowemu jako nowy obcy organizm, co uniemożliwia organizmowi uzyskanie wystarczająco silnej odpowiedzi immunologicznej, aby wyeliminować chorobę. W tym sensie Trypanosoma equiperdum jest organizmem bardzo wydajnym; może zarażać mniej gatunków niż inne choroby, ale zaraża i przeżywa bardzo skutecznie w obrębie określonych żywicieli. Białka VSG w T. equiperdum są również fosforylowane .

Gen VSG z Trypanosoma evansi , pasożyta wywołującego surra u zwierząt, został sklonowany w Escherichia coli . Ekspresjonowane białko jest immunoreaktywne ze wszystkimi kombinacjami surowic. Zwierzęta immunizowane lizatem całych komórek lub rekombinowanym białkiem wykazują podobne reakcje przeciwciał w ELISA (test immunoenzymatyczny) i CATT ( kartowy test aglutynacji dla Trypanosomatozy ). Glikoproteina o zmiennej powierzchni RoTat 1.2 PCR może być używana jako specyficzne narzędzie diagnostyczne do wykrywania Infekcje T. evansi .

Najmniejsze białko VSG (40 kDa) do tej pory (1996) znaleziono w Trypanosoma vivax , który zawiera mało węglowodanów.

W przypadku Trypanosoma congolense analizy in vitro cukrów włączonych po hydrolizie glikoproteiny wykazały, że glukozamina i mannoza są bezpośrednio wykorzystywane w biosyntezie ugrupowania węglowodanowego, podczas gdy galaktoza została prawdopodobnie przekształcona w inne związki pośrednie przed włączeniem do antygenu. Nieglikozylowany VSG o masie cząsteczkowej 47 kDa całkowicie utracił swoją niejednorodność wielkości.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Variant_surface_glycoprotein&oldid=1130889980 ”