Der CLAMP-Komplex hilft Parasiten, in menschliche Zellen einzudringen

Apicomplexan-Parasiten sind eine Gruppe einzelliger Organismen, die für mehrere schwerwiegende und weit verbreitete Krankheiten verantwortlich sind, von Malaria über einen schweren Durchfall bei Kindern (Kryptosporidiose) bis hin zu Toxoplasmose – einer Krankheit, die schwangere Frauen und Föten gefährdet und der Grund dafür ist, dass schwangere Frauen darüber informiert werden um einen Wechsel der Katzenstreu zu vermeiden.

Die Parasiten sind schwer zu beseitigen, weshalb sie jedes Jahr Hunderte Millionen Menschen infizieren. Je mehr Forscher über die Funktionsweise der Parasiten erfahren, desto besser können sie wirksame Impfstoffe und Medikamente gegen sie entwickeln.

Im aktiven Stadium verbringen die Parasiten die meiste Zeit damit, sich innerhalb der Wirtszellen zu vermehren. Manchmal müssen sie jedoch gehen, um neue Zellen zu finden, in die sie eindringen können. Diese Zeit, die sie außerhalb der Zelle verbringen, ist für die Parasiten gefährlich – sie sind dann am anfälligsten für die Erkennung durch das Immunsystem – und müssen daher schnell ihren Weg in eine neue Wirtszelle finden. Die Invasion von Wirtszellen ist ein entscheidender Schritt im Lebenszyklus eines Parasiten, und dennoch sind die Einzelheiten, wie Parasiten dies bewerkstelligen, noch nicht genau verstanden.

Neue Forschung von Sebastian Lourido, Mitglied des Whitehead Institute, und Kollegen, veröffentlicht im EMBO-Journal identifiziert am 27. Oktober einen Komplex aus drei Proteinen, CLAMP, CLIP und SPATR, der eine Schlüsselrolle bei der Unterstützung von Apicomplexan-Parasiten bei der Invasion von Wirtszellen spielt. Die Forschung zeigt, dass der Komplex erforderlich ist, um die Freisetzung von Molekülen auszulösen, mit denen die Parasiten in neue Zellen eindringen.

Vor der Invasion speichern Parasiten diese Moleküle in großen, Fracht enthaltenden Organellen, den sogenannten Rhoptrien. Der CLAMP-Komplex veranlasst die Rhoptrien, ihre Ladung erst dann freizugeben, wenn sich ein Parasit an einer neuen Wirtszelle befindet. Apicomplexan-Parasiten haben nicht viele Rhoptrien – wenn sie in Blutzellen eindringen, hat die Art, die Malaria verbreitet, nur zwei – und wenn Parasiten also ihren Rhoptrieninhalt zur falschen Zeit oder am falschen Ort freisetzen, verpassen sie den Versuch, in eine neue Zelle einzudringen.

CLAMP, CLIP und SPATR sind nicht die einzigen Proteine, die erforderlich sind, um die Entladung von Rhoptrien auszulösen. Forscher haben zuvor einige andere identifiziert. Die Aufklärung der Rolle des CLAMP-Komplexes gibt den Forschern jedoch ein umfassenderes Bild davon, wie die Parasiten in Wirtszellen eindringen. Darüber hinaus ist der CLAMP-Komplex ein interessantes mögliches Ziel für Medikamente oder Impfstoffe: Er kommt in irgendeiner Form in allen Apicomplexan-Arten vor, kommt jedoch nicht bei Menschen oder anderen Säugetieren vor.

Dies bedeutet, dass seine Hemmung den Parasiten daran hindern sollte, in Zellen einzudringen, ohne die Zellmaschinerie im Wirt zu stören, und dass Therapeutika, die auf ihn abzielen, möglicherweise leicht an verschiedene Parasitenarten angepasst werden können. Darüber hinaus erstreckt sich ein Teil des CLAMP-Komplexes über die Grenzen des Parasiten hinaus und wäre somit für Antikörper oder andere Therapien zugänglich.

„Bei Impfstoffen ist das Ziel oft das Eintrittsprotein, das der Erreger nutzt, um in die Zelle zu gelangen, wie das Spike-Protein des Virus, das COVID-19 verursacht. Was wir hier identifiziert haben, ist Teil der Eintrittsmaschinerie für Apicomplexan-Parasiten, und obwohl diese Maschinerie viel komplexer ist als die in Viren, denke ich, dass dies ein wirklich interessantes Ziel für eine Impfstrategie sein könnte“, sagt Lourido, der auch außerordentlicher Professor für Biologie am Massachusetts Institute of Technology ist.

Bestimmen, was der CLAMP-Komplex tut

Co-Erstautorin Saima Sidik, damals wissenschaftliche Mitarbeiterin in Louridos Labor, und Kollegen identifizierten 2016 erstmals das Protein CLAMP in einem genetischen Screening des Apicomplexan-Parasiten Toxoplasma gondii (T. gondii) auf der Suche nach essentiellen Genen. Sie fanden heraus, dass das Protein für das Eindringen des Parasiten in neue Zellen notwendig war, wussten jedoch nicht, zu welchem ​​Invasionsschritt es beitrug.

„Es macht immer Spaß zu sehen, wie der Parasit einzigartige Überlebensstrategien in seinen Wirten entwickelt“, sagt Sidik. „CLAMP interessierte uns, weil es Säugetierproteinen ähnelt, die an der Zell-Zell-Interaktion beteiligt sind, aber der Parasit hatte dieser vertrauten Biologie seine eigene Note verliehen, und Teile davon waren anders als alles, was wir bisher gesehen hatten.“

Jetzt haben Sidik und Co-Erstautor Dylan Valleau, ein Postdoktorand in Louridos Labor, ihr Verständnis von CLAMP deutlich vertieft. Sie fanden heraus, dass CLAMP einen Komplex mit zwei anderen Proteinen bildet: SPATR, das zuvor identifiziert wurde, aber eine unbekannte Funktion bei der Invasion hatte, und CLIP, das zuvor nicht identifiziert wurde.

Die drei Proteine ​​​​kommen in Mikronemen vor, einer anderen Art von Frachtbehältern, die Apicomplexans vor Rhoptrien entladen. Mikroneme-Inhalte ermöglichen es den Parasiten, eine Wirtszelle zu verlassen, zu einer anderen zu wandern und sich auf das Eindringen in diese vorzubereiten. Rhoptry-Inhalte werden auch benötigt, um die Invasion abzuschließen – sie helfen dem Parasiten, in die Wirtszelle einzudringen und sie neu zu verdrahten, um den antiparasitären Schutz zu inaktivieren – und hier kommt der CLAMP-Komplex ins Spiel.

Ohne den Komplex kann sich ein Apicomplexan-Parasit immer noch an einer Wirtszelle festsetzen und sich so ausrichten, dass seine Spitze in die Membran der Wirtszelle gedrückt wird. Der Komplex wird jedoch für den nächsten Schritt benötigt, bei dem der Parasit den Inhalt seiner Rhoptrien von seiner Spitze direkt in die Wirtszelle ausstößt und so die Invasion in Gang setzt. Das fanden die Forscher durch Experimente an T. gondii heraus, der Toxoplasmose verursacht.

Bestimmen, wie der CLAMP-Komplex dies tut

Die Forscher haben auch herausgefunden, wie der CLAMP-Komplex aufgebaut ist, was Hinweise auf seine Funktionsweise geben kann. Während der Invasion erstreckt sich der Komplex über die Zellmembran des Parasiten, wobei sich der Schwanz von CLAMP innerhalb des Parasiten und SPATR vollständig außerhalb des Parasiten befindet. Die Forscher spekulieren, dass der Komplex ein Signal von der Wirtszelle über die Parasitenmembran weiterleiten könnte, um dem Parasiten mitzuteilen, wann er sich in Position befindet und bereit ist, seine Rhoptrien abzufeuern. Mehrere ihrer Ergebnisse stützen dieses Modell, unter anderem, dass die Entfernung des CLAMP-Schwanzes – der ihrer Meinung nach das Signal im Inneren des Parasiten überträgt – die Entladung der Rhoptrien verhindert.

Wenn Sie mehr über die Besonderheiten der Funktionsweise des CLAMP-Komplexes erfahren, werden Sie sich hoffentlich bei der Bekämpfung der durch Apicomplexan-Parasiten verursachten Krankheiten als nützlich erweisen. Die Forscher vermuten auch, dass es Einblicke in die Signalübertragung zwischen Zellen geben könnte.

„CLAMP ähnelt einem Molekül, das bei Säugetieren an Verbindungsstellen zwischen Zellen vorkommt, und sein Schwanz sieht aus wie eine Signaldomäne“, sagt Valleau. „Das Herausfinden, wie dieses Protein es einem Signal ermöglicht, die Zellmembran des Parasiten zu passieren, und mit welchen anderen Molekülen es innerhalb des Parasiten zusammenarbeitet, könnte neue Erkenntnisse über Zell-Zell-Interaktionen liefern, die für viele Aspekte der Biologie relevant sind.“