Plasmodium falciparum 간의 발달 - 절강 핫 제품 유한 공사

Nature Communications 14권, 기사 번호: 4631(2023) 이 기사 인용

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간에서 Plasmodium falciparum(Pf) 기생충 발생은 Pf에 감염된 모기에 물린 후 인간 숙주의 수명 주기의 초기 단계를 나타냅니다. 수명주기 중단에 대한 매력적인 단계이지만 기존 체외 모델의 한계로 인해 기생충-간세포 상호 작용에 대한 이해가 부족합니다. 우리는 Pf 개발을 위한 간세포 오르가노이드(HepOrgs)의 적합성을 탐구하고 이러한 세포가 다양한 Pf 균주의 기생충 침입, 분화 및 성숙을 허용한다는 것을 보여줍니다. Pf에 감염된 HepOrg 세포의 단일 세포 메신저 RNA 시퀀싱(scRNAseq)을 통해 감염 후 5일째에 상향 조절된 80개의 Pf 전사체가 확인되었습니다. Scavenger Receptor B1(SR-B1) 전사체가 고도로 상향조절된 간세포의 뚜렷한 대사 경로와 관련된 전사 프로필 변화가 발견되었습니다. 분열 성숙에 대한 새로운 기능적 관련이 신선한 일차 간세포에서 확인되었습니다. 따라서 HepOrgs는 기본적인 생물학적 연구를 수용하고 말라리아 제어를 위한 새로운 도구의 임상 개발을 가속화하는 Pf 간 단계에 대한 다목적 시험관 내 모델을 위한 강력한 기반을 제공합니다.

말라리아는 전 세계적으로 주요 전염병 중 하나이며, 특히 사하라 이남 아프리카에서 20211년 2억 4,700만 건의 사례와 619,000명의 사망으로 질병 부담을 크게 증가시키고 있습니다. 여러 Plasmodium 종들이 인간에게 영향을 미칠 수 있지만, 질병 부담의 대부분은 다음으로 인해 발생합니다. 열대열원충(Pf). 말라리아는 감염된 암컷 모기가 혈액을 섭취하는 동안 숙주의 피부에 주입된 소수의 간 감염성 Pf 기생충(포자소체)에 의해 감염됩니다. 최대 몇 시간 내에 다수의 이러한 포자소체가 혈류를 통해 간에 도달하여 간세포를 침범합니다. 임상적으로 침묵하는 7일간의 세포내 복제 및 분화 기간 후에, 각 포자소체는 약 10,000개의 혈액 감염 딸 기생충(메로조이트)을 생성할 수 있습니다. 이러한 merozoite는 파열된 간세포에서 혈류로 방출되어 임상 질병을 담당하는 순환 적혈구에서 48시간 주기의 무성 복제를 시작합니다.

주입된 포자소체의 수가 적다는 점을 감안할 때, 인간 숙주 감염의 이 초기 단계는 혈액 단계 말라리아 중에 대규모 기생충 부하가 생성되기 전의 기생충 생활 주기에서 상대적으로 취약하고 중요한 단계를 나타냅니다. 따라서 이러한 간 기생충 단계를 표적으로 하는 매우 효과적인 약물 및/또는 백신의 가용성은 말라리아 통제 및 제거에 큰 자산이 될 것입니다. 주요 기여 요인은 침입한 간세포에서 발생하는 기생충 간의 동적 상호 작용에 대한 기본 생물학에 대한 이해가 부족하다는 것입니다. 이는 감염 과정에서 숙주와 기생충 전사체/프로테옴에 대한 편견 없는 조사를 사용하여 가장 잘 접근할 수 있습니다. 주요 걸림돌은 전체 Pf 발달을 포괄하는 대표적인 체외 간 세포 배양이 없다는 것입니다. 냉동보존된 일차 인간 간세포가 사용되었지만 이러한 분석을 위한 재료가 불충분하여 가변적이고 허용성이 낮은 문제가 있습니다2. 또는 새로 분리된 1차 인간 간세포의 접근 및 가용성이 제한됩니다. 두 소스의 간세포는 제한된 일수 동안만 배양에서 유지될 수 있습니다. 마지막으로, HC-04를 포함한 간 세포주의 사용은 기생충-간세포 상호 작용(즉, 횡단 및 침입)의 초기 사건을 조사하는 데 대부분 제한되어 있지만 완전한 발달이 보고되었습니다3.

오가노이드는 줄기 세포 또는 일차 조직에서 파생되고 조사 중인 기관/조직의 주요 건축적 및 기능적 측면을 요약하는 3차원 구조입니다. 성체줄기세포에서 유래한 경우 이러한 체외 구조는 장기간에 걸쳐 확장될 수 있습니다4. 우리는 최근 인간 간세포에서 오르가노이드를 성장시키는 프로토콜을 확립했습니다5. 이러한 오가노이드는 단일 간세포에서 확립되어 주요 형태학적, 기능적 및 유전자 발현 특징을 유지하면서 여러 달 동안 성장할 수 있습니다. 오가노이드의 전사 프로필은 부분 간 절제술 후 증식하는 간세포의 프로필과 유사합니다. 인간 간세포 오가노이드(HepOrgs)는 생쥐에 이식된 후 광범위하게 증식합니다. 우리는 기증자의 나이와 지수 확장 단계의 길이 사이에 역의 상관 관계가 있음을 관찰했습니다. 실제로, 태아 간세포는 무한정 확장될 수 있는 오가노이드 라인을 생성하면서도 여전히 1차 간세포(HuHeps)와 매우 유사합니다6.

100 schizonts from three biological replicates with standard deviation. For the HepOrg A, each point represents the average of median of KK2, KIFM, KU1 where >25 schizonts are measured for each line at each time point. For HepOrg B, each point represents the average of median of KIFM, KK2, KK3 and KU1 where > 100 schizonts are measured for each line at each time point. Areas under the schizont growth curves of Huheps and respectively HepOrg A (p = 0.001; n = 4 donors) and HepOrg B (p = 0.0002; n = 4 donors) were significantly different (Welch t-test, two-sided). C Confocal images of HepOrgs and D HuHeps at day 5 p.i. showing the expression of typical liver-stage markers; from top to bottom: Circumsporozoite protein (CSP), Exported Protein 2 (EXP2), Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) and human Glutamine Synthetase (hGS). Scale bar is 25 microns. E Confocal images of Merozoite Surface Protein 1 (PfMSP1) in schizonts of HuHeps (top) and HepOrgs (bottom) on day 7-9 p.i. Scale bar is 25 microns. For C, D and E, these stainings have been repeated in three independent experiments and here a representative image is shown for each staining combination. F Average percentage with standard deviation of PfMSP1 positive schizonts from HepOrg B (n = 4; KIFM, KK2, KK3, KU1) and HuHep (n = 3) assessed >100 schizonts per line per time point. See also Fig. S1./p> 2.22−16; HMGCR, p = 0.0062; G6PC, p = 0.0011; PCSK9, p = 2−10; APOB, p > 2.22−16; PPARA, p > 2.22−16; LSS, p = 1.3−7; MTTP, p > 2.22−16. Box plots in C indicate the median (Q2), 25th percentile (Q1) and 75th percentile (Q3) with the whiskers showing the minimum (Q1 – 1.5 × interquartile range) and maximum (Q3 + 1.5 × interquartile range). See also Supplementary Data 2 and 3. Source data are provided as a Source data file and Supplementary Data 5./p>

50 Pf transcripts. Infected HepOrg cells were defined as having more than 1 Pf transcript./p>