Al igual que los humanos, las plantas y las bacterias, el parásito unicelular Toxoplasma gondii (T. gondii) utiliza el calcio como mensajero para coordinar importantes procesos celulares. Pero si bien el mensajero es el mismo, las vías de comunicación que se forman alrededor del calcio difieren significativamente entre organismos.

"Dado que los parásitos de Toxoplasma son tan diferentes de nosotros, han desarrollado sus propios conjuntos de proteínas que están involucradas en las vías de señalización del calcio", dijo Alice Herneisen, estudiante de posgrado en el laboratorio del miembro del Instituto Whitehead, Sebastián Lourido.

Lourido y su laboratorio estudian los mecanismos moleculares que permiten que el parásito unicelular T. gondii y los patógenos relacionados estén tan extendidos y sean potencialmente mortales, y la señalización del calcio es una parte importante del proceso del parásito de invadir a sus huéspedes. "El calcio gobierna esta transición tan importante de los parásitos que se replican dentro de las células huésped a los parásitos que abandonan esas células y buscan otras nuevas para infectar", dijo Lourido. "Nos ha interesado mucho saber cómo interviene el calcio en la regulación de las proteínas dentro del parásito".

Un artículo publicado el 17 de agosto en eLife proporciona una idea. En el artículo, Herneisen, Lourido y sus colaboradores utilizaron un enfoque llamado perfilado térmico para estudiar de manera general qué proteínas del parásito están involucradas en la señalización del calcio en T. gondii. El nuevo trabajo revela que una proteína inesperada juega un papel en las vías del calcio del parásito y proporciona nuevos objetivos que los científicos podrían usar para detener la propagación del parásito. Los datos también servirán como un recurso que otros investigadores de Toxoplasma pueden usar para averiguar si sus propias proteínas de interés interactúan con las vías del calcio en las células del parásito.

Hace calor

Al estudiar las vías del calcio en humanos, los investigadores a menudo pueden establecer paralelismos con el trabajo en ratones. “Pero los parásitos son muy diferentes a nosotros”, dijo Lourido. "Todos los principios que hemos aprendido sobre la señalización del calcio en humanos o ratones no se pueden traducir fácilmente a los parásitos".

Entonces, para estudiar estos mecanismos en Toxoplasma, los investigadores tuvieron que comenzar desde cero para determinar qué proteínas estaban involucradas. Ahí es donde entró en juego el método de perfilado térmico. El método se basa en la observación de que las proteínas están diseñadas para funcionar bien a temperaturas específicas, y cuando hace demasiado calor para ellas, se derriten. Considere los huevos:cuando las proteínas de las claras y las yemas de huevo se calientan en una sartén, las proteínas comienzan a derretirse y congelarse. "Cuando pensamos en una proteína que se derrite, lo que queremos decir es que las proteínas se deshacen", dijo Lourido. "Cuando las proteínas se deshacen, exponen cadenas laterales que se unen entre sí. Dejan de ser proteínas individuales bien plegadas y se convierten en una malla".

Pequeños cambios en la estructura química de una proteína, como los cambios resultantes de la unión de una molécula pequeña como el calcio, pueden alterar el punto de fusión de una proteína. Luego, los investigadores pueden rastrear estas alteraciones utilizando métodos proteómicos. "Las proteínas que se unen al calcio están cambiando en respuesta al calcio y, en última instancia, están cambiando su estabilidad térmica", dijo Herneisen. "Ese es el lenguaje de las proteínas, alteraciones en su estabilidad térmica".

El método de perfilado térmico funciona aplicando calor a las células del parásito y graficando cómo cada una de las proteínas del parásito responde a los cambios de temperatura en diferentes condiciones (por ejemplo, la presencia o ausencia de calcio). En un artículo de 2020, los investigadores utilizaron el método de perfilado térmico para investigar el papel de una proteína llamada ENH1 en la señalización del calcio.

En su nuevo artículo, Lourido y Herneisen investigaron el efecto del calcio en todas las proteínas del parásito utilizando dos enfoques. Los investigadores combinaron parásitos con cantidades específicas de calcio, aplicaron calor y luego realizaron técnicas de proteómica para rastrear cómo el calcio afectaba el comportamiento de fusión de cada proteína. Si el punto de fusión de una proteína era más alto o más bajo de lo habitual, los investigadores podían deducir que esa proteína fue modificada por el propio calcio o por otro jugador en una vía de señalización del calcio.

Luego trataron a los parásitos con una sustancia química que les hizo liberar el calcio almacenado de manera controlada y midieron cómo cambiaba con el tiempo una modificación de la proteína llamada fosforilación. Juntos, estos métodos les permitieron inferir cómo las proteínas podrían detectar y responder al calcio dentro de la red de señalización.

Su enfoque proporcionó datos sobre casi todas las proteínas expresadas en las células del parásito, pero los investigadores se concentraron en una proteína en particular llamada Proteína Fosfatasa 1 (o PP1). La proteína es ubicua en muchas especies, pero nunca antes se había implicado en las vías de señalización del calcio. Descubrieron que la proteína se concentraba en el extremo frontal del parásito. Esta región de la célula del parásito está involucrada en la motilidad y la invasión del huésped.

El papel de la proteína en los parásitos, y en los otros organismos en los que aparece, es eliminar las pequeñas moléculas llamadas fosfatos de las proteínas fosforiladas. "Esta es una modificación que a menudo puede cambiar la actividad de las proteínas individuales, porque es esta gran carga la que se ha adherido covalentemente a la superficie de la proteína", dijo Lourido. "Esto termina siendo un principio a través del cual se regulan muchos, muchos procesos biológicos diferentes".

Queda por ver cómo exactamente PP1 interactúa con el calcio. Cuando los investigadores agotaron la PP1 en las células del parásito, descubrieron que la proteína de alguna manera está involucrada en ayudar al parásito a absorber el calcio necesario para el movimiento. No está claro si realmente se une al calcio o si está involucrado en la vía a través de otro mecanismo.

Debido a que los parásitos utilizan la señalización del calcio para coordinar los cambios del ciclo de vida, como entrar o salir de las células huésped, los conocimientos sobre los actores clave en las vías del calcio podrían ser de gran ayuda para la salud pública. "Estos son los puntos de presión o los centros que serían ideales para atacar a fin de prevenir la propagación y la patogenia de estos parásitos", dijo Herneisen.

Herneisen y colaboradores se centraron principalmente en PP1, pero hay muchas otras proteínas para investigar utilizando los datos de este proyecto. "I think part of the reason why I wanted to release this paper is so that the field could take the next steps," she said. "I'm just one person—it would be great if 20 other people find that the protein that they were studying is calcium responsive, and they can chase down the exact reason for that or how it is involved in this greater calcium signaling network. This was exciting for us with regards to PP1, and I'm sure other researchers will make their own connections." + Explora más

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