Proteomic remodelling of human red blood cells and their extracellular vesicles across the intraerythrocytic cycle of Plasmodium falciparum
Diese Studie nutzt quantitative Massenspektrometrie, um aufzuzeigen, dass eine *Plasmodium falciparum*-Infektion primär die Proteinzusammensetzung der von roten Blutkörperchen freigesetzten extrazellulären Vesikel umgestaltet – spezifisch durch eine Erhöhung von Komplementkomponenten und Parasitenproteinen –, während sie nur moderate Veränderungen am internen Proteom der Wirtszelle verursacht, wodurch ein Modell gestützt wird, bei dem infektionsbedingte miRNAs auf Empfängerzellen anstatt innerhalb der infizierten roten Blutzelle selbst wirken.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung eines Preprints, das nicht peer-reviewed wurde. Dies ist kein medizinischer Rat. Treffen Sie keine Gesundheitsentscheidungen auf Grundlage dieses Inhalts. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Malaria ist eine Krankheit, die sich in den grundlegendsten Bausteinen unseres Blutes versteckt. Der verantwortliche Parasit, Plasmodium falciparum, dringt in rote Blutkörperchen ein und verwandelt sie in Fabriken für seine eigene Vermehrung. Seit Jahrzehnten wissen Wissenschaftler, dass der Parasit in diesen Zellen nicht nur lebt, sondern sie aktiv umgestaltet, indem er hunderte seiner eigenen Proteine an die Oberfläche exportiert, um dort anzuhaften und so zu verhindern, dass er von der Milz herausgefiltert wird. Wir wissen auch, dass rote Blutkörperchen nicht die stillen, leeren Säcke sind, für die man sie einst hielt. Sie tragen kleine genetische Anweisungen, sogenannte microRNAs, welche das Verhalten anderer Zellen beeinflussen können, und sie setzen winzige Bläschen, sogenannte extrazelluläre Vesikel, in den Blutkreislauf frei. Diese Bläschen fungieren als Boten, die Proteine und genetisches Material von der Zelle, die sie hergestellt hat, zu anderen Zellen im Körper transportieren. Die große Frage war bisher, wie die Infektion die eigentlichen Proteine innerhalb des roten Blutkörperchens und in den von ihm freigesetzten Bläschen verändert und ob die in der Zelle gefundenen genetischen Anweisungen tatsächlich genutzt werden, um neue Proteine zu bilden.
Ein Forscher setzte sich zum Ziel, dies zu beantworten, indem er die Zusammensetzung der Proteine in roten Blutkörperchen in verschiedenen Stadien der Malaria-Infektion untersuchte. Er züchtete Kulturen menschlicher roter Blutkörperchen, wobei einige mit dem Malaria-Parasiten infiziert wurden, während andere gesund blieben. Er wartete, bis die Parasiten zwei spezifische Stadien ihres Lebenszyklus erreicht hatten: das Ringstadium, welches eine frühe Phase der Infektion darstellt, und das Trophozoitenstadium, welches reifer ist. Aus diesen Kulturen sammelte er sowohl die roten Blutkörperchen selbst als auch die winzigen Bläschen, oder Vesikel, die die Zellen in die Umgebung abgegeben hatten. Mit einer leistungsstarken Technik, die tausende Proteine gleichzeitig wiegt und identifiziert, kartierte er genau, welche Proteine in den gesunden Zellen, den infizierten Zellen und den Bläschen beider Gruppen vorhanden waren. Er führte dies dreimal für jede Gruppe durch, um sicherzustellen, dass die Ergebnisse zuverlässig waren.
Das Erste, was der Forscher feststellte, war, dass die Anwesenheit des Parasiten leicht nachzuverfolgen war. In den gesunden Zellen fand er fast keine Parasitenproteine. Als die Infektion das Ringstadium erreichte, erschienen eine geringe Anzahl an Parasitenproteinen. Als der Parasit das reifere Trophozoitenstadium erreichte, war die Zahl der Parasitenproteine signifikant angewachsen und machte einen größeren Anteil am Gesamtprotein der Zelle aus. Dies bestätigte, dass der Parasit erfolgreich seine eigene Maschinerie innerhalb des Wirts aufbaute. Der Forscher identifizierte zudem sieben spezifische Parasitenproteine, die dafür bekannt sind, die Wirtszelle umzubauen, und stellte fest, dass diese Proteine nicht nur innerhalb der Zelle blieben, sondern auch in die winzigen Bläschen außerhalb der Zelle freigesetzt wurden. Dies deutet darauf hin, dass der Parasit seine Werkzeuge aktiv in den Blutkreislauf aussendet.
Was den Forscher vielleicht am meisten überraschte, war, wie wenig sich der menschliche Teil der Zelle veränderte. Rote Blutkörperchen besitzen keinen Zellkern, was bedeutet, dass sie keine neuen genetischen Anweisungen erstellen oder leicht neue Proteine als Reaktion auf eine Bedrohung aufbauen können. Der Forscher erwartete, dass die Infektion eine massive Veränderung der menschlichen Proteine innerhalb der Zelle auslösen könnte, doch er fand das Gegenteil heraus. Die Liste der menschlichen Proteine blieb weitgehend gleich; kein einzelnes menschliches Protein zeigte eine statistisch signifikante Veränderung in der Menge. Die Zelle entwickelte keine proteinbasierte Abwehr. Stattdessen waren die Veränderungen subtil und konzentrierten sich auf die interne Struktur der Zelle, mit einer leichten Zunahme der Proteine, die das Zellskelett bilden, und einer Abnahme des Hämoglobins, das den Sauerstoff transportiert. Dieses Fehlen einer dramatischen Proteinreaktion ist für eine Zelle, die ihre Fähigkeit verloren hat, neue genetische Anweisungen zu lesen, nachvollziehbar.
Die Geschichte änderte sich jedoch grundlegend, als der Forscher die winzigen Bläschen, oder Vesikel, untersuchte, die die Zellen freisetzten. Während die Zellen selbst weitgehend unverändert blieben, waren die von ihnen ausgesendeten Bläschen sehr verschieden. In den Bläschen der infizierten Zellen fand der Forscher eine massive und koordinierte Zunahme von Proteinen des Komplementsystems. Das Komplementsystem ist eine Gruppe von Proteinen in unserem Blut, die dem Immunsystem hilft, Eindringlinge zu bekämpfen, indem sie diese markiert und Entzündungen auslöst. In den Bläschen der infizierten Zellen stiegen dreiundzwanzig verschiedene Komponenten dieses Systems gemeinsam an, während Proteine, die normalerweise die Immunreaktion beruhigen, nicht zunahmen. Gleichzeitig sank der Anteil an Proteinen, die als Antikörper des Körpers fungieren, in den Bläschen. Das bedeutet, dass der infizierte rote Blutkörperchen nicht nur sein eigenes Inneres verändert, sondern aktiv die Botschaft manipuliert, die es an den Rest des Körpers sendet, indem es seine Messenger-Bläschen mit immunaktivierenden Proteinen belädt.
Der Forscher prüfte auch, ob die genetischen Anweisungen, oder microRNAs, die er zuvor in diesen Zellen gefunden hatte, tatsächlich dazu dienten, die Proteine im Inneren zu verändern. Er hatte mehrere microRNAs identifiziert, die darauf programmiert waren, Gene zu beeinflussen, die an der Immunantwort beteiligt sind. Als er jedoch nach den Proteinen suchte, die diese Gene produzieren würden, fand er keines von ihnen. Die Immunproteine waren schlichtweg nicht vorhanden. Dies bestätigt, dass die microRNAs nicht innerhalb des roten Blutkörperchens wirken, um dessen eigenes Verhalten zu ändern. Stattdessen deutet die Evidenz auf eine andere Rolle hin: Diese microRNAs werden wahrscheinlich in die Bläschen verpackt und nach außen gesendet, um auf andere Zellen im Körper zu wirken. Der rote Blutkörperchen, unfähig, seine eigene Proteinzusammensetzung zu ändern, verändert stattdessen die Zusammensetzung der Nachrichten, die es aussendet.
Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Haupteffekt der Malaria-Infektion auf den roten Blutkörperchen nicht eine Veränderung dessen ist, woraus die Zelle besteht, sondern eine Veränderung dessen, was sie freisetzt. Die Zelle akkumuliert die eigenen Proteine des Parasiten und baut ihr internes Skelett um, aber ihre bedeutendste Aktion ist die Freisetzung von Bläschen, die mit immunstimulierenden Proteinen gefüllt sind. Dieser Befund hilft zu erklären, wie eine einzelne infizierte Zelle den gesamten Körper beeinflussen kann, was potenziell zu der schweren Entzündung beiträgt, die bei schweren Malariafällen auftritt. Die Forschung legt nahe, dass der infizierte rote Blutkörperchen weniger wie ein Opfer agiert, das versucht, sich zu verteidigen, sondern eher wie ein Rundfunksender, der Signale aussendet, die das Verhalten des Immunsystems und anderer Zellen in der Zirkulation verändert.
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