Чего мы не знаем о мейозе малярийного плазмодия

Мейоз — древний механизм, критический для существования организмов с половым размножением, так как он позволяет получить генетически разнообразные гаплоидные гаметы из одной диплоидной клетки. Несмотря на важность мейоза, подробные исследования его особенностей проводились лишь на малом количестве видов. В журнале Trends in Parasitology вышла обзорная статья, посвященная мейозу у малярийного плазмодия. Работа, в частности, описывает аспекты, которые до сих пор остаются не до конца изученными и исследование которых может привести к открытию новых терапевтических мишеней для борьбы с паразитом.

Примечательная особенность мейоза малярийного плазмодия — отсутствие второго деления. В конце мейоза прошедшая через него клетка, на этом этапе называемая оокинетой, содержит внутри одного ядра четыре гаплоидных генома (их идентифицируют путем окраски кинетохоров — белковых структур, образующихся на центромерах хромосом во время деления). Зрелая оокинета проникает в стенку кишечника комара, где развивается в ооцисту, которая проходит через процесс эндомитоза, или спорогонии. В результате образуются сотни гаплоидных клеток — спорозоитов — которые мигрируют в слюнные железы насекомого и оттуда инфицируют следующего хозяина.

 Цикл развития малярийного плазмодия в организме человека. Credit: NIAID

Конкретные механизмы эндомитоза до сих пор не известны, в том числе непонятно, присутствует ли у плазмодия асимметричный мейоз, при котором из четырех образовавшихся гаплоидных геномов остается лишь один, или же все четыре генома представлены в образующихся спорозоитах.

Не до конца изучены и генетические основы мейоза плазмодия. Так, среди девяти генов, для которых предполагается участие в образовании двуцепочечных разрывов ДНК и рекомбинации, только четыре были подробно изучены и описаны как критичные для формирования ооцисты (PRDM9-подобный Zfp, BRCA2, DMC1, и MRE11). У плазмодия не было найдено гомологов генов MSH4/5, MLH2/3 и MER3, отвечающих в том числе за неслучайное расположение участков кроссинговера по отношению друг к другу. Также до сих пор не идентифицированы гены, ассоциированные с аспектами связывания сестринских хромосом. Исследования белковых 3D-структур при помощи компьютерного моделирования показали, что гомологичные кинетохоры у малярийного плазмодия могут быть связаны вместе во время первого деления мейоза, как у некоторых видов дрожжей. Авторы отмечают, что подобные исследования в будущем могут способствовать расширению понимания механизмов мейоза плазмодия.

Также не понятен до конца механизм регуляции перехода к мейозу у плазмодия — были идентифицированы протеинкиназы, имеющие высокое сходство с ферментами, контролирующими переход к мейозу у некоторых дрожжей, но подтверждения их функции у плазмодия найдено пока не было.

В настоящее время активно исследуется роль протеинфосфатаз в мейозе. У малярийного плазмодия есть гомологи многих ферментов этого класса, для которых показана критическая роль в мейозе на других модельных организмах, включая PP2A, PP4 и PP6. Непосредственно на Plasmodium berghei (вызывающем малярию у грызунов) была показана роль киназы NEK4 и фосфатазы PPM2 — делеция одного из этих генов приводила к нарушению формирования оокинет и прекращению формирования ооцист. Делеция данных генов также не позволяла клеткам достигнуть тетраплоидности — процесс мейотической ДНК репликации был инициирован, но не завершён.

Авторы также перечислили исследовательские методы, технологический прогресс в которых может способствовать изучению мейоза малярийного плазмодия, включая методы микроскопии, сравнительной геномики и функциональной генетики.

У малярийного плазмодия найден новый ген устойчивости к хлорохину