¿Cómo entra el parásito de la malaria a los glóbulos rojos?

La malaria es uno de los más grandes problemas que aqueja a la salud pública mundial. Millones de personas en el mundo, principalmente en la zonas tropicales, son infectadas por este parásito cada año. El causante de esta enfermedad es un protozoario del género Plasmodium (principalmente P. falciparum) el cual es transmitido por la picadura de un mosquito. Cuando entra a nuestro torrente sanguíneo, en la etapa asexual de su ciclo de vida (merozoito), se adhiere e ingresa a los eritrocitos (glóbulos rojos) donde se divide y se disemina por todo el cuerpo, infectando a más eritrocitos y provocando los graves síntomas por los cuales se caracteriza la enfermedad.

Como la invasión del eritrocito es parte fundamental para desarrollo del ciclo de vida del parásito, las investigaciones hacia la búsqueda de nuevos agentes terapéuticos se están enfocando en este mecanismo. ¿Pero como se da? Gracias al uso de la microscopía electrónica, se han determinado las etapas de invasión del parásito en el eritrocito:

Como pueden ver, primero el merozoito se une a la superficie del eritrocito (1), luego se acomoda de tal manera que sus roptrias apunten hacia la membrana del eritrocito (2) y se forman las uniones oclusivas o "tight junctions" (3). Luego, la membrana celular del eritrocito se invagina, gracias a las enzimas liberadas por las roptrias, permitiendo el ingreso del parásito hacia una vacuola (4–9). Sin embargo, las imágenes capturadas con el microscopio electrónico sólo nos dan una visión superficial del proceso, pero no nos dicen nada acerca de las moléculas que podrían estar involucradas en el mismo.

Fue así que investigadores australianos liderados por el Dr. David T. Riglar usaron los ensayos de inmunofluorescencia e iluminación estructurada 3D para relacionar estos eventos estructurales con los eventos moleculares. De esta manera pudieron registrar y entender cómo el mecanismo de ingreso de P. falciparum a los glóbulos rojos a nivel molecular. El trabajo fue publicado ayer en la revista Cell Host & Microbe.

Lo que hicieron Reglar et al. fue marcar —con una molécula fluorescente verde— una proteína envuelta en la formación de las uniones oclusivas. Esta proteína fue predicha a partir de su homólogo en otro parásito que invade los eritrocitos, la Toxoplasma gondii, causante de la toxoplasmosis.

Como se puede ver en la imagen, la proteína PfRON4 de P. falciparum es la responsable de formar las uniones oclusivas, luego forma una especie de anillo gracias a las enzimas secretadas por las roptrias, y por ahí penetra el merozoito, que es visualizado de color azul, que es una molécula fluorescente que se une al ADN. Con estas imágenes hicieron una reconstrucción en 3D.

Pero, ¿cómo hace el parásito para reconocer al eritrocito?  A nivel celular, todo reconocimiento se da bajo las proteínas específicas de superficie de membrana. Los eritrocitos poseen unas proteínas receptoras específicas que las diferencia de otro tipo celular. Entonces, P. falciparum debe tener una proteína capaz de reconocer los receptores de la superficie del eritrocito. Esta proteína es la PfAMA1 y se encuentran en los micronemos. Así que para que se de la infección, PfAMA1 y PfRON4 deben interactuar, una para reconocer y unirse a la superficie del eritrocito y el otro para crear las uniones oclusivas y abrir el anillo por donde entrará en parásito.

Así que, Reglar et al. esta vez marcaron a la PfAMA1 con una molécula fluorescente roja para ver como se relacionaba con PfRON4 (verde). Las imágenes de la microscopía fluorescente mostraron que PfAMA1 está ubicado directamente en el anillo de PfRON4, de esta manera se confirma que las dos proteínas forman un complejo que permite la invasión de merozoito al eritrocito. Para ser precisos, la PfAMA1 reconoce a las glicoporinas A, que son los receptores de superficie de los eritrocitos.

Como pueden ver, todo el proceso se da en menos de 10 minutos. Además, para determinar como se da este mecanismo de invasión paso a paso a nivel molecular, analizaron la función y la ubicación espacio-temporal de proteínas asociadas a las roptrias como la RAP1 y RESA.

Los investigadores también estudiaron que era lo que pasaba cuando usaban ciertos inhibidores. Por ejemplo, cuando usaban el péptido R1 se bloqueaba la formación del complejo PfRON4/PfAMA1, provocando que no se de las uniones oclusivas. Por otro lado, cuando usaban Citocalasina D, la cual se une a los filamentos de actina, se repimía su movilidad; o cuando usaban la molécula PMSF, la cual es una inhibidora de proteasa, el contenido de las roptrias eran liberadas de manera aberrante. Con todos estos datos, los investigadores propusieron el siguiente modelo: 

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El uso de estos inhibidores indica que el proceso de invasión es irreversible, una vez que el merozoito hace el primero contacto con el eritrocito. Esto sería una gran ventaja al momento de diseñar agentes terapéuticos. Además, gracias a este conocimiento en detalle de la ubicación espacio-temporal de moléculas claves para el proceso invasivo de P. falciparum nos da una plataforma para poder probar estrategias que ayuden a bloquear este proceso y desarrollar vacunas que nos permitan combatir esta enfermedad que infecta a millones de personas cada año.

Referencia:

Riglar, D., Richard, D., Wilson, D., Boyle, M., Dekiwadia, C., Turnbull, L., Angrisano, F., Marapana, D., Rogers, K., & Whitchurch, C. (2011). Super-Resolution Dissection of Coordinated Events during Malaria Parasite Invasion of the Human Erythrocyte Cell Host & Microbe, 9 (1), 9-20 DOI: 10.1016/j.chom.2010.12.003