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Nature Communications volume 14, Número do artigo: 1775 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

O complexo apical é uma coleção especializada de maquinaria citoesquelética e secretora em parasitas apicomplexos, que incluem os patógenos que causam malária e toxoplasmose. Sua estrutura e mecanismo de movimento são pouco compreendidos. Usamos crio-FIB-moagem e tomografia crio-eletrônica para visualizar a estrutura 3D do complexo apical em seus estados protruído e retraído. Médias de fibras conoides revelaram sua polaridade e arranjo incomum de nove protofilamentos com proteínas associadas conectando e provavelmente estabilizando as fibras. Nem a estrutura das fibras conoides nem a arquitetura do complexo conoide em forma de espiral mudam durante a protrusão ou retração. Assim, o conóide se move como um corpo rígido e não é semelhante a uma mola e compressível, como sugerido anteriormente. Em vez disso, os anéis polares apicais (APR), anteriormente considerados rígidos, dilatam durante a protrusão conoide. Identificamos filamentos semelhantes à actina conectando o conoide e o APR durante a protrusão, sugerindo um papel durante os movimentos do conoide. Além disso, nossos dados capturam os parasitas no ato de secreção durante a protrusão conoide.

Todos os patógenos intracelulares devem realizar a entrada em uma nova célula hospedeira. Os parasitas apicomplexos usam uma maquinaria de invasão composta por um complexo citoesquelético especializado e organelas secretoras. Coletivamente, esse grupo de organelas é conhecido como complexo apical. É por essa estrutura que se denomina o filo Apicomplexa, que inclui os agentes causadores da malária, toxoplasmose e criptosporidiose. Os parasitas apicomplexos pertencem ao superfilo eucariótico Alveolata, como os ciliados e os dinoflagelados (Fig. 1 complementar). O complexo apical é essencial para a motilidade do parasita e para a invasão e saída das células hospedeiras. Além disso, mutações que perturbam as funções do complexo apical bloqueiam o ciclo lítico do Apicomplexa, tornando-o não infeccioso1,2,3,4.

O próprio citoesqueleto do complexo apical é uma estrutura de ~ 250 nm de comprimento (~ 25% do comprimento de uma E. coli) composta por uma série de anéis organizados em torno de uma espiral central de fibras de tubulina especializadas chamadas de conóides, e dentro das quais organelas secretoras são organizadas e preparados para secreção (Fig. 1a). Enquanto as fibras conoides são compostas pelos mesmos dímeros de tubulina que compõem os microtúbulos subpeliculares dos parasitas, elas não formam tubos fechados5. Em vez disso, as fibras conoides formam uma estrutura aberta em forma de "C"5. O complexo conoide é altamente dinâmico: ele se projeta e se retrai6 à medida que os parasitas secretam adesinas e outros fatores de motilidade/invasão7,8. Notavelmente, o complexo apical parece ter evoluído de um cílio eucariótico, pois contém tubulina e proteínas associadas ao cílio9,10,11,12. Além disso, o núcleo do complexo apical, incluindo o conoide e suas estruturas especializadas de tubulina, é conservado não apenas em todo o Apicomplexa13,14 e em organismos de vida livre intimamente relacionados15, mas também em Alveolata mais distantemente relacionados, como os dinoflagelados16,17 (Suplementar Figura 1). Assim, o complexo apical parece ser uma estrutura antiga, cuja composição molecular, estrutura de alta resolução e compreensão mecanicista de suas funções ainda são um grande mistério.

uma visão geral dos desenhos animados dos componentes do complexo apical coccídio comparando os estados protuberante e retraído. Este esquema de cores será usado em todo o manuscrito. b Corte tomográfico através de um conóide parcialmente retraído que foi crio-FIB fresado em orientação transversal, mostra claramente os SPMTs terminando perto do anel AAD e com projeções AAD (setas roxas) intercaladas entre SPMTs vizinhos. c Corte tomográfico da extremidade apical reconstruída de N. caninum com conóide saliente. Observe a densidade conectando as duas membranas do complexo de membrana interna (IMC, setas em ciano). Para outras etiquetas e cores, veja abaixo. d Segmentação 3D e visualização do complexo apical de um conóide saliente (tomograma diferente de (c)). Rótulos e cores usados ​​em todo o manuscrito, salvo indicação em contrário: AAD (roxo), anel de densidade amorfa associado a APR e projeções; filamentos do tipo actina (magenta em (c)); APR (vermelho), anéis polares apicais; Fibra conoide CF (laranja), microtúbulos intraconoidais ICMT (verde claro), complexo de membrana interna IMC (ciano), anéis pré-conoidais PCR (amarelo), membrana plasmática PM (cinza), microtúbulos subpeliculares SPMT (verde escuro). e Corte tomográfico da extremidade apical reconstruída de um N. caninum fresado com um conóide retraído, anotado como em (c). f Segmentação 3D e visualização de um conóide retraído (tomograma diferente de (e)) e colorido como em (d). Em vistas longitudinais, uma ponta apical é orientada para o topo das imagens em todo o manuscrito, salvo indicação em contrário. Barras de escala: 100 nm (em b–e).