L'evoluzione della resistenza alla clorochina nel Plasmodium falciparum è mediata dal presunto trasportatore di aminoacidi AAT1

Microbiologia della natura (2023) Citare questo articolo

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I parassiti della malaria scompongono l’emoglobina ospite in peptidi e amminoacidi nel vacuolo digestivo per l’esportazione nel citoplasma del parassita per la crescita: l’interruzione di questo processo è fondamentale per la modalità di azione di diversi farmaci antimalarici. Le mutazioni nel trasportatore della resistenza alla clorochina (CQ), pfcrt, situato nella membrana del vacuolo digestivo, conferiscono resistenza alla CQ nel Plasmodium falciparum e in genere influenzano anche la forma fisica del parassita. Tuttavia, il ruolo di altri loci parassitari nell’evoluzione della resistenza al CQ non è chiaro. Qui utilizziamo una combinazione di genomica della popolazione, incroci genetici e editing genetico per dimostrare che un secondo trasportatore vacuolare svolge un ruolo chiave sia nella resistenza che nell'evoluzione compensatoria. Le analisi genomiche longitudinali dei parassiti gambiani hanno rivelato firme temporali di selezione su una presunta variante S258L del trasportatore di aminoacidi (pfaat1), che è aumentata dallo 0% al 97% in frequenza tra il 1984 e il 2014 in parallelo con la variante pfcrt1 K76T. Gli incroci genetici dei parassiti hanno quindi identificato un locus del tratto quantitativo del cromosoma 6 contenente pfaat1 che viene selezionato mediante il trattamento CQ. L'editing genetico ha dimostrato che pfaat1 S258L potenzia la resistenza CQ ma a costo di una ridotta forma fisica, mentre pfaat1 F313S, un polimorfismo comune del sud-est asiatico, riduce la resistenza CQ ripristinando la forma fisica. Le nostre analisi rivelano complessità nascoste nell’evoluzione della resistenza CQ, suggerendo che pfaat1 può essere alla base delle differenze regionali nella dinamica dell’evoluzione della resistenza e modulare la resistenza o l’idoneità dei parassiti manipolando l’equilibrio tra il trasporto degli aminoacidi e dei farmaci.

La resistenza ai farmaci nei patogeni microbici complica gli sforzi di controllo. Pertanto, comprendere l’architettura genetica e la complessità dell’evoluzione della resistenza è fondamentale per il monitoraggio della resistenza e lo sviluppo di strategie di trattamento migliorate. Nel caso dei parassiti della malaria, l’impiego di cinque classi di farmaci antimalarici nell’ultimo mezzo secolo ha portato a spazzate selettive hard e soft ben caratterizzate associate alla resistenza ai farmaci, con diffusione mondiale e origini locali della resistenza che guidano alleli di resistenza ai farmaci in tutto il mondo. gamma di Plasmodium falciparum1,2,3. La monoterapia con clorochina (CQ) ha avuto un ruolo centrale in un ambizioso piano per eradicare la malaria nel secolo scorso. La resistenza al CQ fu osservata per la prima volta nel 1957 nel sud-est asiatico (SEA), per poi arrivare e diffondersi in tutta l’Africa a partire dalla fine degli anni ’70, contribuendo alla fine di questo ambizioso sforzo di eradicazione globale4.

La resistenza al CQ è stata studiata approfonditamente. Il gene del trasportatore della resistenza CQ (pfcrt, cromosoma (chr.) 7) è stato originariamente identificato utilizzando un incrocio genetico di P. falciparum condotto tra un parassita SEA resistente a CQ e un parassita sudamericano sensibile a CQ generato in un ospite di scimpanzé5,6. Vent'anni di intensa ricerca hanno rivelato il ruolo meccanicistico del trasportatore della resistenza alla clorochina (pfCRT) nella resistenza ai farmaci7,8, la sua posizione nella membrana del vacuolo digestivo e la sua funzione naturale di trasporto di brevi peptidi dal vacuolo digestivo nel citoplasma9. Il CQ uccide i parassiti interferendo con la digestione dell'emoglobina nel vacuolo digestivo, impedendo la conversione dell'eme, un sottoprodotto tossico della digestione dell'emoglobina, in cristalli inerti di emozoina. I parassiti portatori di mutazioni di resistenza al CQ a livello pfCRT trasportano il CQ fuori dal vacuolo alimentare, lontano dal sito di azione del farmaco7,8. Il polimorfismo a singolo nucleotide (SNP) K76T di pfcrt è ampiamente utilizzato come marcatore molecolare per la resistenza a CQ10, mentre ulteriori varianti all'interno di pfcrt modulano i livelli di resistenza a CQ11 e ad altri farmaci chinolinici12 e determinano i costi di fitness associati13. Sebbene sia stato dimostrato che le mutazioni in un secondo trasportatore situato nella membrana del vacuolo alimentare, il trasportatore della resistenza multifarmaco (pfmdr1), modulano la resistenza al CQ in alcuni contesti genetici14, il ruolo di altri geni nell'evoluzione della resistenza al CQ rimane poco chiaro. In questo articolo, abbiamo cercato di comprendere il contributo di ulteriori loci parassitari all'evoluzione della resistenza al CQ utilizzando una combinazione di genomica delle popolazioni, incroci genetici sperimentali e editing genetico.