Cercetările dezvăluie cum un parazit microscopic perturbă funcția creierului

Un studiu realizat de cercetători americani și publicat în PLOS Pathogens aduce noi perspective asupra modului în care parazitul Toxoplasma gondii afectează funcția cerebrală prin intermediul neuronilor infectați. Autorii arată că neuronii care adăpostesc chisturi ale parazitului produc mai puține vezicule extracelulare și că aceste vezicule modificate influențează profund activitatea astrocitelor, contribuind la scăderea expresiei transportorului de glutamat GLT-1 – un mecanism potențial cheie în apariția disfuncției sinaptice în creierul infectat.
Toxoplasma gondii este un parazit intracelular obligatoriu care infectează aproximativ o treime din populația mondială. În faza cronică, acesta formează chisturi în special în țesutul cerebral, unde infectează preponderent neuronii. Deși infecția este adesea silențioasă clinic la gazdele imunocompetente, numeroase studii indică modificări subtile dar importante ale funcției neuronale, precum reducerea activității electrice și a densității spinilor dendritici.

Comunicarea dintre neuroni și astrocite este esențială pentru funcționarea creierului, în special pentru reglarea neurotransmițătorului glutamat. Transportorul GLT-1, exprimat aproape exclusiv pe astrocite, este responsabil de reabsorbția a peste 90% din glutamatul extracelular. Dereglarea acestui sistem poate duce la excitotoxicitate și patologii neurologice precum epilepsia sau boala Alzheimer. Autorii acestui studiu explorează modul în care infecția neuronală cu T. gondii alterează indirect activitatea astrocitelor prin modificarea conținutului veziculelor extracelulare secretate de neuroni.

Despre studiu

Cercetătorii au utilizat culturi primare de neuroni corticali murini infectate cu T. gondii pentru a investiga impactul asupra producției și compoziției veziculelor extracelulare. Un multiplicity of infection (MOI) de 0,5 a fost identificat ca optim, infectând aproximativ 50% dintre neuroni fără a compromite sever viabilitatea acestora.

Caracterizarea veziculelor extracelulare prin microscopie electronică și nanoparticle tracking analysis a evidențiat că infecția determină o scădere semnificativă a numărului de vezicule extracelulare secretate de neuroni, fără modificări ale dimensiunii acestora. Acest rezultat a fost confirmat prin ELISA pentru CD63 și Western blot pentru CD9 – markeri specifici ai veziculelor extracelulare.

Analizele proteomice (LC-MS/MS) au arătat că infecția modifică substanțial compoziția proteică a veziculelor extracelulare. Veziculele extracelulare de la neuroni infectați conțineau 101 proteine unice, dintre care 9 erau de origine parazitară, inclusiv GRA1, GRA2, GRA7 și proteine de perete chistic (MAG1, MAG2). De asemenea, au fost observate creșteri semnificative în exprimarea unor proteine implicate în răspunsul imun și stres celular, precum vimentina și HSP90b1.

Analiza transcriptomică a conținutului miRNA din veziculele extracelulare a arătat modificări semnificative în expresia a 14 microARN-uri, dintre care majoritatea au fost asociate cu inhibarea răspunsului inflamator (miR-199a-3p, miR-21a-5p, miR-143-3p) sau cu reglarea excitabilității neuronale.

Rezultate

Veziculele extracelulare din neuroni infectați sunt absorbite de astrocite și le modifică funcția

Veziculele provenite de la neuroni infectați au fost marcate fluorescent și incubate cu astrocite primare murine. Acestea au fost absorbite eficient, localizându-se atât în citoplasmă, cât și în nucleul astrocitelor, fără diferențe față de cele provenite de la neuroni neinfectați. Veziculele extracelulare care conțineau proteina GRA7 au indus o schimbare specifică în transcripția genelor astrocitare.

Modificări transcripționale și reducerea expresiei GLT-1

Adăugarea veziculelor extracelulare provenite de la neuroni infectați a condus la modificări semnificative în expresia a 403 gene (227 upregulate și 176 downregulate). Genele activate erau în special asociate cu răspunsul imun înnăscut, inclusiv expresia unor factori stimulați de interferon (Ifit1, Usp18, Rtp4). În schimb, genele reprimate erau implicate în adeziunea celulară și comunicarea intercelulară (Cldn2, Ccn2).

La nivel proteic, expresia GLT-1 în astrocite a fost semnificativ redusă în prezența veziculelor extracelulare infectate, în ciuda unei expresii genice nemodificate. Acest rezultat sugerează un mecanism post-translațional, potențial mediat de proteine sau miARN-uri din veziculele provenite de la neuroni infectați.

Semnătura transcripțională este prezentă și in vivo

Comparând datele in vitro cu transcriptomul astrocitar din creierul șoarecilor infectați, autorii au demonstrat că genele activate în astrocite de vezicule extracelulare infectate se regăsesc în clusterele 1 și 4 ale astrocitelor analizate in vivo la 42 de zile post-infecție, confirmând relevanța fiziologică a rezultatelor in vitro.

Concluzii

Acest studiu aduce dovezi convingătoare că infecția neuronală cu Toxoplasma gondii modifică profund producția și compoziția veziculelor extracelulare, care devin vectori ai comunicării parazit-gazdă și induc modificări funcționale în celulele gliale. Rezultatele evidențiază un nou mecanism indirect de alterare a homeostaziei sinaptice, prin scăderea expresiei GLT-1 pe astrocite, cu posibile implicații importante în neuroinflamația cronică asociată toxoplasmozei latente.

Mai mult, identificarea proteinelor parazitare specifice în veziculele extracelulare neuronale oferă perspective noi pentru dezvoltarea de biomarkeri circulanți care să reflecte direct infecția cerebrală activă, dincolo de simpla seropozitivitate.