Mapeamento da diversidade em tripanossomas africanos usando proteômica espacial de alta resolução
Nature Communications volume 14, número do artigo: 4401 (2023) Citar este artigo
2046 Acessos
26 Altmétrico
Detalhes das métricas
Os tripanossomas africanos são parasitas eucarióticos dixenos que impõem um fardo significativo de doenças humanas e veterinárias na África Subsaariana. A diversidade entre espécies e estágios do ciclo de vida é concomitante com tropismos distintos de hospedeiros e tecidos dentro deste grupo. Aqui, os proteomas espaciais de duas espécies africanas de tripanossoma, Trypanosoma brucei e Trypanosoma congolense, são mapeados em dois estágios de vida. Os quatro conjuntos de dados resultantes fornecem evidências da expressão de aproximadamente 5.500 proteínas por tipo de célula. Mais de 2.500 proteínas por tipo de célula são classificadas em compartimentos subcelulares específicos, fornecendo quatro proteomas espaciais abrangentes. A análise comparativa revela as principais rotas de adaptação parasitária a diferentes nichos biológicos e fornece informações sobre a base molecular da diversidade dentro e entre essas espécies de patógenos.
Os cinetoplastídeos são eucariotos flagelados unicelulares que incluem parasitas importantes de humanos, gado e espécies de plantas cultivadas e são normalmente transmitidos por invertebrados. Dentro desta classe estão os tripanossomas africanos, que infectam coletivamente uma variedade de mamíferos e causam a tripanossomíase humana e animal africana. A maioria das pesquisas que caracterizam os tripanossomas africanos foram realizadas com Trypanosoma brucei; em parte porque duas subespécies são infecciosas para humanos, também, a relativa facilidade de cultura in vitro e manipulação genética desta espécie. T. brucei foi estudado como um parasita, mas também como um organismo modelo divergente, com características biológicas de interesse eucarióticas bem conservadas e não canônicas. As espécies relacionadas, Trypanosoma congolense e Trypanosoma vivax são os principais agentes causadores da tripanossomíase bovina. Apesar da sua importância veterinária, consideravelmente menos pesquisas ocorreram sobre estas espécies1. Diferentes espécies de tripanossomas africanos têm características celulares e de infecção distintas, mas a base molecular de grande parte disto é desconhecida2,3,4,5.
Os tripanossomas africanos estão expostos a uma variedade de ambientes externos diferentes durante o seu ciclo de vida e os parasitas diferenciam-se entre uma série de fases de vida, cada uma adaptada para o crescimento e sobrevivência no seu ambiente actual ou pré-adaptada para o próximo6. Cada estágio de vida é baseado em uma arquitetura celular de núcleo polar comum e altamente organizada, com um único flagelo e uma coleção de organelas de cópia única e múltipla. Os tamanhos relativos, posições e conteúdo proteico das organelas variam entre os estágios da vida. Como em todas as células eucarióticas, a localização subcelular de uma proteína nos tripanossomas não só define o ambiente bioquímico dessa proteína, mas também o potencial para interações moleculares. Conseqüentemente, a função da proteína está intimamente ligada à localização da proteína.
Existem duas abordagens principais para determinar a localização de proteínas em uma célula: microscopia e proteômica. A microscopia permite a resolução precisa de localizações específicas; pode detectar variação entre células dentro de uma amostra; e pode identificar prontamente proteínas localizadas em múltiplos locais, embora possa sofrer de artefatos de marcação ou expressão inadequada. Devido à necessidade de obter um anticorpo específico para uma proteína ou de manipular geneticamente a proteína de interesse, a microscopia é geralmente limitada a um pequeno número de proteínas por estudo. As análises microscópicas de todo o proteoma são conjuntos de dados valiosos e ricos, mas empreendimentos não triviais e demorados que até agora estão limitados a poucas espécies: Saccharomyces cerevisiae7, Humanos8 e T. brucei9.
A proteômica espacial, baseada no isolamento ou enriquecimento de organelas seguido de espectrometria de massa (MS), permite a identificação de proteínas enriquecidas em localizações subcelulares específicas - geralmente sem a necessidade de modificação genética. Esses métodos têm sido altamente eficazes na revelação de proteínas residentes em organelas ou estruturas dentro dos tripanossomatídeos, como mitocôndrias, glicossomos, flagelo e núcleo . Métodos baseados em MS de alto rendimento agora podem ser usados para localizar sistematicamente milhares de proteínas em um único experimento para múltiplas condições, estados ou tipos de células15,16,17,18,19,20,21,22. Tais métodos incluem hyperLOPIT (localização hiperplexada de proteínas organelas por marcação isotópica) . Esta é uma abordagem proteômica quantitativa pela qual um mapa espacial do proteoma pode ser resolvido sem a necessidade de isolamento de organelas individuais possibilitado pela aplicação de algoritmos de aprendizado de máquina . O HyperLOPIT e metodologias LOPIT relacionadas têm sido utilizadas para gerar mapas espaciais de tipos de células de mamíferos, insetos, leveduras, plantas e protozoários .