Развитие печени Plasmodium falciparum

Nature Communications, том 14, номер статьи: 4631 (2023) Цитировать эту статью

1161 Доступов

13 Альтметрика

Подробности о метриках

Развитие паразита Plasmodium falciparum (Pf) в печени представляет собой начальный этап жизненного цикла человека-хозяина после укуса комара, инфицированного Pf. Хотя это привлекательная стадия для прерывания жизненного цикла, понимание взаимодействия паразита и гепатоцита недостаточно из-за ограничений существующих моделей in vitro. Мы исследуем пригодность гепатоцитарных органоидов (HepOrgs) для развития Pf и показываем, что эти клетки обеспечивают паразитарную инвазию, дифференцировку и созревание различных штаммов Pf. Секвенирование одноклеточной информационной РНК (scRNAseq) Pf-инфицированных клеток HepOrg выявило 80 Pf-транскриптов, активность которых повышалась на 5-й день после заражения. Обнаружены изменения профиля транскрипции, затрагивающие различные метаболические пути в гепатоцитах с высокой активностью транскриптов скэвенджер-рецептора B1 (SR-B1). Новое функциональное участие в созревании шизонтов подтверждено в свежих первичных гепатоцитах. Таким образом, HepOrgs обеспечивает прочную основу для универсальной модели in vitro для стадий Pf в печени, включающей фундаментальные биологические исследования и ускоренную клиническую разработку новых инструментов для борьбы с малярией.

Малярия является одним из основных инфекционных заболеваний во всем мире, ответственным за большое и растущее бремя болезней, особенно в странах Африки к югу от Сахары: в 2021 году было зарегистрировано 247 миллионов случаев заболевания и 619 000 смертей11. Хотя некоторые виды Plasmodium могут поражать людей, большая часть бремени болезней вызвана малярией. Плазмодий фальципарум (Pf). Малярией заражается небольшое количество печеночных инфекционных паразитов Pf (спорозоитов), которые вводятся в кожу человека-хозяина инфицированной самкой комара во время приема пищи с кровью. Максимум в течение нескольких часов некоторое количество этих спорозоитов попадает в печень через кровоток и проникает в гепатоциты. После клинически молчаливого семидневного периода внутриклеточной репликации и дифференцировки каждый спорозоит может дать начало примерно 10 000 дочерним паразитам, заражающим кровь (мерозоитам). Эти мерозоиты высвобождаются из разорвавшихся гепатоцитов в кровоток, где они начинают свой 48-часовой цикл бесполой репликации в циркулирующих эритроцитах, ответственных за клиническое заболевание.

Учитывая небольшое количество инъецированных спорозоитов, эта ранняя фаза заражения человека-хозяина представляет собой относительную уязвимую и критическую стадию жизненного цикла паразита, прежде чем во время малярии в кровяной стадии образуется большое количество паразитов. Таким образом, наличие высокоэффективных лекарств и/или вакцин, нацеленных на эти стадии паразитов в печени, было бы большим преимуществом для борьбы с малярией и ее ликвидации. Основным фактором, способствующим этому, является отсутствие понимания основ биологии динамического взаимодействия между развивающимися паразитами в инвазированных гепатоцитах. Лучше всего это сделать, используя объективное исследование транскриптома/протеома хозяина и паразита во время процесса заражения. Главным камнем преткновения является отсутствие репрезентативных культур клеток печени in vitro, обеспечивающих полное развитие Pf. Криоконсервированные первичные гепатоциты человека использовались, но их допустимость варьируется и низкая, что приводит к недостаточному материалу для такого анализа2. Альтернативно, доступ и наличие свежевыделенных первичных гепатоцитов человека ограничены. Гепатоциты из обоих источников можно поддерживать в культуре только в течение ограниченного количества дней. Наконец, использование линий печеночных клеток, включая HC-04, в основном ограничивается изучением самых ранних событий взаимодействия паразит-гепатоциты (т.е. перемещения и инвазии), хотя сообщалось о полном развитии3.

Органоиды представляют собой трехмерные структуры, полученные из стволовых клеток или первичных тканей и повторяющие ключевые архитектурные и функциональные аспекты исследуемого органа/ткани. Полученные из взрослых стволовых клеток, эти структуры in vitro могут расширяться в течение длительных периодов времени4. Недавно мы разработали протокол выращивания органоидов из гепатоцитов человека5. Эти органоиды можно получить из отдельных гепатоцитов и выращивать в течение нескольких месяцев, сохраняя при этом ключевые морфологические, функциональные особенности и особенности экспрессии генов. Транскрипционные профили органоидов напоминают пролиферирующие гепатоциты после частичной гепатэктомии. Органоиды гепатоцитов человека (HepOrgs) активно размножаются после приживления мышам. Мы наблюдали обратную корреляцию между возрастом донора и продолжительностью фазы экспоненциального расширения. Фактически, фетальные гепатоциты дают органоидные линии, которые могут расширяться до бесконечности, но при этом очень напоминают первичные гепатоциты (HuHeps)6.