Trypanosoma brucei

Allikas: Vikipeedia
Trypanosoma brucei
Tb brucei.jpg
Taksonoomia
Domeen: Eukarüoodid Eukaryota
Riik: Protistid Protista
Hõimkond: Euglenozoa
Klass: Kinetoplastea
Selts: Trypanosomatida
Perekond: Trypanosoma
Liik: T. brucei
Ladinakeelne nimetus
Trypanosoma brucei

Trypanosoma brucei on ainurakne eukarüoot, mis põhjustab haigusi nagu Aafrika trypanosomiasis (unitõbi) inimestel ja nagana loomadel. Eksisteerib kolm T. brucei alamliiki: T. brucei brucei, T. brucei gambiense ja T. brucei rhodesiense.

Need obligatoorsed parasiidid levivad putukatelt imetajatele ja vastupidi.[1] Kuna nende peremeesorganismide vahel on suur erinevus läbib trypanosoma oma eluajal keerulisi muutusi hõlbustamaks oma püsivust putukate soolestikus ja imetajate vereringes. Samuti on Trypanosoma unikaalne oma pinna glükoproteiini (VSG) mantli poolest, mis võimaldab vältida peremeesorganismi immuunsüsteemi reageerimist.

Trypanosomiasis[muuda | redigeeri lähteteksti]

Trypanosoma brucei elutsükkel.

Tsetsekärbes on putukas, mis esineb T. brucei kandjana. Esmalt parasiit elab putuka soolestikus, pärast see migreerib süljenäärmetesse ja sattub imetaja organismi hammustamise tagajärjel. Seejärel parasiit nüüd eluneb imetaja vereringes, kust see saab hammustamisel nakatada uut tsetsekärbest. Vereringest võib parasiit rännata teistesse organismi piirkondadesse (kudedesse). T. brucei infektsioon võib minna ühelt inimeselt teisele inimesele edasi keha vedelikute vahetamise teel, eelkõige vere kaudu.[1]

Eksisteerib kolm erinevat T. brucei alamliiki, mis põhjustavad erinevate trypanomiasis vormide tekkimist:

  • T. brucei gambiense - põhjustab aeglase algusega kroonilist unitõbe inimestel. Enamlevinud Lääne-Aafrikas, kus inimesed on arvatavasti peamiseks parasiitide reservuaariks.[2]
  • T. brucei rhodesiense - põhjustab kiire algusega ägeda unitõve inimestel. Enamlevinud Ida-Aafrikas, kus peamiseks parasiitide reservuaariks on arvatavasti kariloomad.[2]
  • T. brucei brucei - põhjustab loomade haiguse Aafrika trypanosomiasis koos mitmete teiste Trypanosoma liikidega. T. brucei brucei ei ole inimestele ohtlik, sest ei nakata neid tänu sellele, et see on vastuvõtlik lüüsile inimeste apolipoproteiini L1 poolt.[3] Kuid sellepärast, et see jagab palju T. b. gambiense ja T. b. rhodesiense liikide funktsioone (selliseid nagu antigeenne variatsioon) kasutatakse seda mudelina inimnakkuste laboris ja loomkatsetes.

Rakkude struktuur[muuda | redigeeri lähteteksti]

Rakku struktuur on üsna tüüpiline eukarüootidele. Leiduvad kõik suuremad organellid on olemas, sealhulgas tuum, mitokondrid, endoplasmaatiline retiikulum, Golgi kompleks, jne. Ebatavaliste omaduste hulka kuulub üks suur mitokonder, kus leidub mitokondriaalse DNA struktuur, mida tuntakse kinetoplastina ja on seotud viburi basaalkehaga. Tsütoskelett koosneb peamiselt mikrotuubulitest. Vereringes leiduvaid organismivorme iseloomustab tihe glükoproteiinidest (VSGs) koosnev mantel raku pinnal, mida asendub mantliga protsükliinidest koosneva mantliga tsetsekärbese soolestikus.

Kuus peamist trüpanosomatiitide morfoloogiat. Erinevad T. brucei olelusringi etapid jagunevad promastigooti ja epimastigooti morfoloogilisteks kategooriateks.

Trüpanosomatiidid omavad rakulisi vorme nagu:

  • Epimastigoot, kus tuum on basaalkeha ees ning piki raku keha on kinnitunud pikk vibur.
  • Trüpomastigoot, kus tuum on basaalkeha taga ning pikk vibur on kinnitunud piki raku keha.

T. brucei leidub kui trüpomastigoot peenikeses, jämedas, protsüklilises ja metatsüklilises vormides. Erinevalt teistest trüpanosomatiitidest, promastigootsed ja amastigootsed vormid ei kuulu T. brucei elutsüklisse.

Genoom[muuda | redigeeri lähteteksti]

T. brucei genoom koosneb[4]:

  • 11 paari suuri kromosoome (1–6 · 106 aluspaari).
  • 3–5 keskmist kromosoomi (200–500 · 103 aluspaari).
  • Kuskil 100 võikest kromosoomi (50–100 · 103 aluspaari), mis võivad esineda kordustes ühe haploidse genoomi kohta.

Suured kromosoomid sisaldavad enamiku struktuurseid geene, samal ajal väikesed kromosoomid omavad tendentsi sisaldada geene, mis põhjustavad pinnavalkude antigeense variatsiooni.

Mitokondri genoomi leitakse kondenseeritud kinetoplastiks, ebatavaline omadus, unikaalne kinetoplastide klassile. See ja viburi basaalkeha on kõvasti seotud tsütoskeletti struktuuri kaudu.

Tsütoskelett[muuda | redigeeri lähteteksti]

Tsütoskelett koosneb peamiselt mikrotuubulitest, mis moodustavad alama kilekorsetti. Mikrotuubulid paiknevad üksteisega paralleelselt piki raku telge. Kui rakk kasvab (sh mitoos) täiendavad mikrotuubulid kasvavad eksisteerivate tuubulite vahele. Mikrotuubulid on orienteeritud: "+" tagaosale ja "–" esiosale.

Viburi struktuur[muuda | redigeeri lähteteksti]

T. Brucei viburi struktuur.

Trypanosome viburil on kaks peamist struktuuri. See koosneb tüüpilisest flagellaarsest aksoneemist (viburi telje niit), mis asub paralleelselt paraflagellaarsele vardale, valkude struktuurne võrk on unikaalne kinetoplastidele, eugleniididele ja dinoflagellaadidele.

Flagellaarse aksoneemi mikrotuubulid paiknevad on kokkupakitud 9+2 vormis, orienteerituna nii, et "+" on esiosa lõpus ja "–" basaalkeha sees. Tsütoskeletti struktuur laiendab basaalkehast kinetoplastini. Vibur on seotud nelja spetsiaalse mikrotuubulitega raku põhikeha tsütoskelettile, mis töötavad paralleelselt ja samas suunas flagellaarse tubuliiniga.

Viburil on kaks funktsiooni – rakukeha ja sellele kinnitatud viburi piki võnkliikumine, ja kinnitamine tsetsekäarbese soolestikus.

VSG mantel[muuda | redigeeri lähteteksti]

Trypanosoma rakku pind on kaetud tiheda mantliga, mis koosneb VSG (Variable Surface Glycoprotein) molekulitest (MW ~ 1x107 D).[5] Selline mantel võimaldab vältida T. brucei populatsiooni vastase immuunsüsteemi teket peremeesorganismis. Kaks VSG mantli omadust, mis teevad võimalikuks seda vältimist:

  • Shielding (kaitsmine) – tihe VSG mantli ülesehitus ennetab imetajate peremeesorganismide immuunsüsteemi juurdepääsu parasiidi membraani plasmale või teistele invariantsete pinna epitoopidele (nagu ioonkanalid, transporterid, retseptorid jne). Mantel on ühtlane, koosneb miljonitest sama molekuli koopiatest, seepärast ainukesed trypanosoma pinnaelemendid, mida immuunsüsteem saab "näha", on VSG N-terminaalsed kontuurid (silmused), mis moodustavad mantli.[6]
  • Perioodiline antigeenne variatsioon – VSG mantel sageli talub stohhastilisi (juhuliseid) geneetilisi modifikatsioone – "switching" (ümberlülitus) – see võimaldab uute VSG mantli variatsioonide ekspressiooni selleks, et vältida püsivat spetsiifilist immuunvastust.

Antigeenne variatsioon[muuda | redigeeri lähteteksti]

T. brucei genoomi sekveneerimine (aminohappejääkide järjestikku määramine) näitas suurt VSG geenide arhiivi, mis koosneb tuhandetest erinevatest VSG geenidest. Kõik peale ühe nendest on nö "vaiksed" VSGd, kuna iga trypanosoma rakk ekspresseerib ainult ühe VSG geeni korraga. VSG on väga immunogeenne, tekkinud immuunvastus spetsiifilise VSG vastu hakkab kiiresti hävitama trypanosoomi, mis ekspresseerivad seda komplimentaarset VSG. Kuid raku iga järgmise jagunemisega on selline võimalus, et üks või mõlemad järglased vahetavad ekspresseeruva geeni "vaikse" VSG geeni vastu arhiivist (fenomeni sagedus umbes 1:100).[7] Spetsiifiline immuunvastus, mis oli püstitatud varem ekspresseeritava VSG geeni vastu, tõenäoliselt seda uut VSG geeni ära ei tunne. Kuna, et immuunvastuse spetsiifilisust uue geeni vastu koosta, on vaja mitu päeva, andes trypanosoomadele, mis kannatasid VSG mantli “ümberlülitamist”, aega takistamatu paljunemiseks. Selle protsessi kordamine takistab nakatava trypanosoma populatsiooni väljasuremist, mis võimaldab kroonilist parasiitide püsivust peremeesorganismis. Selle tsükli kliiniline mõju on järjestikused parasiitemia "lained" (trypanosoomid veres).[5]

VSG struktuur[muuda | redigeeri lähteteksti]

VSG geenid on väga varieeruvad järjestuste tasemel. Kuid selleks, et nad täitsid nende kaitsmisfunktsiooni, erinevatel VSG geenidel on kõvasti säilitatud teatud struktuursed omadused. VSGd koosnevad väga muutuvast N-terminaalsest domeenist, milles on umbes 300 – 350 aminohapet, ja enampüsivast C-terminaalsest domeenist, milles on kuskil 100 aminohapet. C-terminaalne domeen moodustab struktuurse neljaahelalise alfa-heeliksite kimpu, sel ajal kui N-terminaalne domeen moodustab "oreooli" heeliksite ümber. Selle oreooli tertsiaalne struktuur erinevate VSGde vahel on hästi püsiv ja võimaldab erinevatel VSG-del moodustada füüsikalise barjääri, mis on vajalik trypanasooma pinna kaitsmiseks. VSG on ankurdatud raku membraanile glükosüülfosfaatidülinositooli (GPI) ankru kaudu – kovalentne side C-terminaalsest otsast, see ühendab umbes neli suhkrujääki ja fosfaatidülinositooli fosfolipiidhapet, mis asub raku membraanis. VSGd moodustavad homodimeere.

VSG arhiivi struktuur[muuda | redigeeri lähteteksti]

VSG geenide arhiiv on "vaiksete" VSGde kogu T. brucei genoomis. Mõned nendest on täispikkuselised, puutumatu geenid (teised on pseudogeenid), tavaliselt vahelejäänud sektoritega või enneaegsete stoppkodoonidega. Uue antigeense VSG ekspressioon võib toimuda lihtsa teisele täispikkusega VSG geenile ümberlülitamise tõttu. Kuid ainult 5% arhiivist koosneb sellistest täielikult vaiksetest VSGdest. Selleks, et kasutada ülejäänud "vaikseid" VSG arhiivist, on võimalik moodustada "mosaiik" VSGd kui asendada ekspresseeritud VSG osa struktuurselt homoloogse regiooniga arhiivist. [8] Mosaiiki tekkimise kombinatoorne natuur ühendatud suure "vaiksete" VSG arhiiviga annab parasiitidele hüpoteetiliselt määratu VSGde hoidlat, ja põhibarjääri vaktsiini selle parasiiti vastu loomiseks.

VSG ekspressioon[muuda | redigeeri lähteteksti]

Üks põhilik küsimus trypanosoma uurimisel on see, kuidas enamik VSG geene hoitakse nii "vaikselt", ja kuidas neid geene lülitakse ümber. Ekspresseeritud VSG on alati paigutatud Ekspressiooni Tsoonis – leidub suurte ja keskmiste kromosoomide telomeeridel. Sel ajal kui on vähemalt 20 tuntud ekspressioon-tsooni, aktiivseks võib olla ainult üks neist. Selle protsessiga kaasavad mitmed erienvad mehhanismid, kuid täpne geenide vaigistamise olemus ei ole veel selge.[9]

VSGd on võimalik ümber lülitada kas aktiivse ekspressiooni muutmisel (aktiivse kohta vahetamine varem vaiksele kohale) või VSG geeni vahetamisel aktiivses kohas. Genoom sisaldab palju võimalikke VSG geenide koopiaid, nii minikromosoomidel kui ka korduvates sektsioonides kromosoomide sisemuses. Need on peamiselt vaiksed, tüüpiliselt vahelejäänud sektorid või enneaegsed stopp koodonid, kuid need on olulised uute VSG geenide evolutsioonis. Umbes 10% T. brucei genoomist võib koosneda VSG geenidest või pseudogeenidest. Igaüks nendest geenidest võib olla liigutatud aktiivsesse tsooni rekombinatsiooni teel ekspressiooniks. Täpne mehhanism, mis seda kontrollib samuti ei ole veel selge.

Rakkude jagunemine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Trypanosoma rakutsükkel.

Mitootiline T. brucei jagunemine on ebatavaline võrreldes teiste eukarüootidega. Tuumamembraan jääb mitoosi ajal puutumatuks ja kromosoomid ei tihene. Basaalkeha, erinevalt enamuste eukarüootsete rakkude tsentrosoomidest, ei mängi rolli värteni organisatsioonis vaid selle asemel tegeleb kinetoplasti jaotusega.

Mitoosi etappid:

  1. Basaalkeha kahekordistub ja mõlemad on ühendatud kinetoplastiga.
  2. Toimub kinetoplasti DNA süntees ja kinetoplasti jagunemine, mis on seotud kahe basaalkehade jaotamisega.
  3. Toimub tuuma DNA süntees ning uus flagell kasvab välja nooremast basaalkehast.
  4. Toimub tuuma mitoos.
  5. Tsütokineesi progresseerumine.
  6. Jagunemine lõpeb rakkude eraldumisega.

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. 1,0 1,1 Mati Martin: "Selgrootu oht" Eesti Loodus, 2010/3
  2. 2,0 2,1 Barrett M.P., Burchmore R.J., Stich A. et al. "The trypanosomiases", The Lancet, 2003
  3. Vanhamme L., Paturiaux-Hanocq F., Poelvoorde P. et al. "Apolipoprotein L-I is the trypanosome lytic factor of human serum", Nature, 2003
  4. Ogbadoyi E., Ersfeld K., Robinson D., Sherwin T., Gull K. "Architecture of the Trypanosoma brucei nucleus during interphase and mitosis", Chromosoma, 2000
  5. 5,0 5,1 Barry J.D., McCulloch R. "Antigenic variation in trypanosomes: enhanced phenotypic variation in a eukaryotic parasite", 2001
  6. Overath P., Chaudhri M., Steverding D., Ziegelbauer K. "Invariant surface proteins in bloodstream forms of Trypanosoma brucei", 1994
  7. Turner C.M. "The rate of antigenic variation in fly-transmitted and syringe-passaged infections of Trypanosoma brucei", 1997
  8. Marcello L., Barry J.D. "Analysis of the VSG gene silent archive in Trypanosoma brucei reveals that mosaic gene expression is prominent in antigenic variation and is favored by archive substructure", 2007
  9. Pays E. "Regulation of antigen gene expression in Trypanosoma brucei", 2005