Language
Быстрое метаболическое перепрограммирование, опосредованное АМФ.

Новости

ДомДом / Новости / Быстрое метаболическое перепрограммирование, опосредованное АМФ.
search
СВЕЖИЕ НОВОСТИ

Aug 19, 2023

3DPOD Эпизод 163: Глубокое погружение в 3D-печать полимеров с Максом Хересом, генеральным директором Loci Robotics

Jun 06, 2023

Все о присадках к смазочным материалам

Jul 26, 2023

AMSOIL запускает три новых семейства специализированных моторных масел

Jun 14, 2023

Журналы местной полиции

Aug 23, 2023

Лучшее лекарство от вздутия живота: виды и многое другое

ОТПРАВИТЬ ЗАПРОС
ПРЕДСТАВЛЯТЬ НА РАССМОТРЕНИЕ

Sep 29, 2023

Быстрое метаболическое перепрограммирование, опосредованное АМФ.

Nature Communications, том 14, номер статьи: 422 (2023) Цитировать эту статью 2062 Доступов 17 Подробности об альтернативных метриках Вездесущий патоген Toxoplasma gondii ведет сложный образ жизни с

Nature Communications, том 14, номер статьи: 422 (2023) Цитировать эту статью

2062 Доступа

17 Альтметрика

Подробности о метриках

Вездесущий патоген Toxoplasma gondii ведет сложный образ жизни с различной метаболической активностью на разных стадиях, тесно связанной с паразитарной средой. Здесь мы идентифицировали эукариотический регулятор клеточного гомеостаза AMP-активируемую протеинкиназу (AMPK) у токсоплазмы и обнаружили ее роль в метаболическом программировании во время литического цикла паразита. Каталитическая субъединица AMPKα быстро фосфорилируется после выхода внутриклеточных паразитов во внеклеточную среду, вызывая катаболизм, производящий энергию, обеспечивающий подвижность паразитов и инвазию в клетки-хозяева. Попав внутрь клеток-хозяев, фосфорилирование AMPKα снижается до базального уровня, чтобы обеспечить баланс между производством энергии и синтезом биомассы, что обеспечивает устойчивую репликацию паразита. Истощение AMPKγ отменяет фосфорилирование AMPKα и подавляет рост паразитов, что можно частично спасти за счет сверхэкспрессии AMPKα дикого типа, но не мутантов по фосфорилированию. Таким образом, благодаря циклическому перепрограммированию с помощью AMPK метаболические потребности паразитов на каждой стадии удовлетворяются, и литический цикл активно прогрессирует.

Изменения условий окружающей среды – это проблемы, с которыми приходится сталкиваться всем живым организмам. Благодаря уникальному образу жизни паразитические организмы особенно хорошо реагируют и адаптируются к изменениям окружающей среды. Toxoplasma gondii, повсеместное простейшее, инфицирующее одну треть мирового населения и многочисленных животных, способно расти и выживать в чрезвычайно разнообразных хозяевах и условиях окружающей среды1,2. Этот паразит имеет сложный жизненный цикл, чередующийся между несколькими стадиями, которые являются ключевыми для его патогенеза и передачи. При остром заражении промежуточных хозяев паразиты быстро размножаются в виде тахизоитов, ответственных за клинические симптомы токсоплазмоза3. Тахизоиты активно проникают в клетки-хозяева, реплицируются в них, а затем лизируют их, чтобы начать новые инвазии, когда количество паразитов достигает определенного количества. В оптимальных условиях паразиты непрерывно растут в виде тахизоитов и повторяют литический цикл. Однако в условиях стресса или голодания тахизоиты могут превращаться в менее активную форму, называемую брадизоитами, которые заключаются в тканевые кисты и поддерживают пожизненную хроническую инфекцию у хозяев1,2,4.

Токсоплазменные паразиты обладают разной метаболической активностью на разных стадиях. Большинство гликолитических ферментов имеют две изоформы, многие из которых проявляют стадийно-специфическую экспрессию5,6, что указывает на различные требования к гликолитической активности на разных стадиях. Аналогичным образом, брадизоиты и ооцисты накапливают большое количество амилопектина, который почти не наблюдается у тахизоитов7,8,9. Физиологическое значение и лежащие в основе регуляторные механизмы метаболизма на такой стадии в значительной степени неизвестны. Литический цикл тахизоитов состоит из двух стадий: короткой внеклеточной стадии, когда только что вышедшие паразиты используют скользящую подвижность для поиска и проникновения в клетки-хозяева, и внутриклеточной стадии, когда инвазированные паразиты размножаются внутри клеток-хозяев. С метаболической точки зрения основная цель внеклеточных тахизоитов — генерировать достаточно энергии, чтобы обеспечить быстрое и эффективное вторжение, тогда как внутриклеточным паразитам необходимо сбалансированное производство энергии и синтез макромолекул для репликации. Было обнаружено, что гликолитический фермент фруктозо-бисфосфатальдолаза перемещается из цитоплазмы на периферию паразита, как только паразиты высвобождаются из клеток-хозяев10. Поскольку двигательный комплекс, управляющий подвижностью паразита, находится под его мембраной, считалось, что релокализация гликолитических ферментов является способом быстрой генерации энергии в тех местах, где она необходима11. Кроме того, при обработке тахизоитов глюкозой, меченной 13C, для мониторинга потока углерода, полученного из глюкозы, было показано, что, хотя 13C может эффективно включаться в макромолекулы, такие как жирные кислоты, у внутриклеточных паразитов, он практически не включается в такие молекулы у внеклеточных паразитов12. Эти наблюдения позволяют предположить, что, хотя внеклеточная стадия очень коротка и длится от нескольких секунд до минут, ее метаболизм фундаментально отличается от метаболизма внутриклеточных паразитов. Каким образом регулируется и достигается такой кратковременный метаболический переход, совершенно неизвестно.

1.5 fold (p < 0.05), 24 of which were decreased and 23 were increased after AMPKγ depletion (Fig. S10, Supplementary data 3). On the other hand, the abundance of 325 phospho-peptides had an abundance change over 1.5 fold after AMPKγ depletion. After adjustments with the protein level changes (to rule out the change of phospho-peptides abundance was caused by changes in protein level), the abundance of 285 phospho-peptides corresponding to 170 proteins was changed >1.5 fold (p < 0.05) upon AMPKγ depletion (Supplementary data 4). More than 40% (74/170 = 43.5%) of these proteins are hypothetical proteins with unknown functions. Besides those, a large number of proteins with metabolic roles, including enzymes, transporters and regulators, were differentially phosphorylated in the AMPKγ+ versus AMPKγ- parasites. Notably, the glycolytic enzymes pyruvate kinase 1 (PYK1) and fructose-1,6-bisphosphate aldolase (ALD), as well as the major glucose importer glucose transporter 1 (GT1) all contained two or more phospho-peptides that had abundance difference between AMPKγ expressing and depleted parasites (Fig. 7a). Other proteins involved in sugar breakdown or energy metabolism, including 6-phosphogluconate dehydrogenase (6PGD), acetyl-coenzyme A synthetase (ACS) and pyruvate dehydrogenase kinase also showed changes in phosphorylation at specific serine residues upon AMPKγ degradation (Fig. 7a, Supplementary data 4). Similarly, a number of proteins and enzymes involved in anabolism such as lipid and protein synthesis also displayed phosphorylation changes after AMPKγ depletion (Fig. 7b, Supplementary data 4). Particularly, the phosphorylation of three eukaryotic initiation factors (eIF2B, eIF4A and eIF4G) that control the initiation of protein translation was reduced upon AMPKγ degradation (Fig. 7b), which is consistent with the impaired nascent protein synthesis of AMPKγ depleted parasites (Fig. 5d)./p> 1.5) changed after TgAMPKγ depletion. These include many metabolic enzymes and regulators, such as pyruvate kinase 1, fructose-1,6-bisphosphate aldolase, glucose transporter GT1 and pyruvate dehydrogenase kinase that are involved in sugar breakdown and ATP production45,46,47, as well as a number of eukaryotic initiation factors and CDP-alcohol phosphatidyltransferase that are involved in the synthesis of proteins and phospholipids. Many of these proteins were also identified in the co-IP experiments as potential interaction proteins with AMPK. These proteins are possible targets of AMPK in Toxoplasma. Further studies are needed to dissect how exactly they are regulated by AMPK and the physiological significance of such regulation. On the other hand, when some of the differentially phosphorylated proteins listed in Fig. 7 (such as GT1, ALD, PYK1 and ACS) were analyzed in detail to see whether the residues potentially phosphorylated by TgAMPK were conserved among other organisms. Interestingly, while orthologs of these proteins are present in model eukaryotes from yeasts to fruit flies and humans, the phosphorylated residues within them are either not conserved or do not have evidence of AMPK-dependent phosphorylation. These results suggest that either the proteins analyzed are not direct substrates of TgAMPKα, but other kinases whose activities are influenced by TgAMPKα, or the detailed mechanisms by which Toxoplasma AMPK regulates parasite metabolism are different from that of other eukaryotes./p> 10,000 parasites being analyzed for each sample. Each strain and condition were tested three times independently./p> 0.05), phosphorylation sites with log2 (phospho fold-change) ≥ 0.58 and p-value ≤ 0.05 were considered as differentially phosphorylated./p>