Trypanosoma brucei powoduje śpiączkę afrykańską u ludzi i chorobę wyniszczającą, nagana, u bydła. Leki stosowane w leczeniu tych chorób są przestarzałe i niezwykle toksyczne, szczepionki nie są dostępne, a potencjał rozwoju lekooporności wymaga poszukiwania nowych celów terapeutycznych1.
Podczas swojego cyklu życia, T. brucei, na przemian jest nosicielem owada i ssaka; dwoma gospodarzami, którzy prezentują bardzo różne środowiska, w których pasożyt musi przetrwać. Szereg zmian metabolicznych i morfologicznych zachodzi, gdy pasożyt jest narażony na różne warunki środowiskowe. Niektóre z najbardziej dramatycznych zmian obserwuje się w mikrociałach specyficznych dla pasożytów ograniczonych pojedynczą błoną, zwanych glikosomami13.
Poziom glukozy jest stosunkowo wysoki (~5 mM) w krwiobiegu, a pasożyty krwiobiegu (BSF) generują ATP wyłącznie poprzez glikolizę, podczas gdy metabolizm mitochondriów jest hamowany14. W przeciwieństwie do innych eukariontów, u których glikoliza zachodzi w cytoplazmie, T. brucei dzieli większość enzymów glikolitycznych w glikosomy14,15. Pasożyty są wychwytywane przez muchę tse-tse podczas posiłku z krwi i doświadczają spadku glukozy, która spada do niewykrywalnego poziomu w ciągu 15 minut od spożycia przez muchę. Metabolizm owadów, formy procyklicznej (PCF), pasożytów jest bardziej elastyczny, a glukoza, a także aminokwasy, takie jak prolina, mogą być wykorzystywane w syntezie ATP16-18. Porównawcze badania proteomiczne ujawniają zależne od cyklu życiowego zmiany w białkach glikosomalnych i mitochondrialnych ze zwiększonym wzrostem białek glikolitycznych w pasożytach krwi i białkach mitochondrialnych zaangażowanych w cykl TCA i łańcuch oddechowy13,19. Podczas gdy wiele badań koncentrowało się na różnicach między glikosomami BSF i PCF, niewiele wiadomo na temat zmian w glikosomy PCF, które zachodzą w odpowiedzi na zmiany środowiskowe.
W jelicie tylnym muchy poziom glukozy jest niski z przejściowym wzrostem podczas karmienia20. W większości badań in vitro pasożyty PCF są hodowane w pożywkach zawierających glukozę. Jednak ostatnie badania wykazały, że metabolizm PCF zmienia się znacząco w odpowiedzi na dostępność glukozy17. Przy braku glukozy wzrasta wychwyt proliny i aktywność dehydrogenazy proliny18. Tej zmianie metabolizmu mitochondrialnego prawdopodobnie towarzyszy zmiana składu i morfologii glikosomu, jednak nie zostało to bezpośrednio ocenione.
Mikroskopia elektronowa i fluorescencyjna są powszechnie stosowanymi technikami do badania dynamiki glikosomów u T. brucei2,21-24. Protokoły te są czasochłonne i pracochłonne, kosztowne i trudne do dostosowania do badań w czasie rzeczywistym i protokołów o wysokiej przepustowości. Aby przezwyciężyć to ograniczenie, system reporterowy fluorescencyjno-organelli używany do badania organelli w systemach ssaków i drożdży został zmodyfikowany do stosowania u T. brucei12.
Systemy reporterowe organelli fluorescencyjnych były szeroko stosowane u wyższych eukariontów, takich jak komórki drożdży, roślin i ssaków25-27. W takich układach białko fluorescencyjne jest łączone z sekwencją aminokwasów, która kieruje białko do określonych organelli. Degradację lub syntezę docelowych białek mierzy się za pomocą fluorescencji, a zmiany w składzie organelli są odzwierciedlane przez zmiany we fluorescencji komórek.
Gdy otwarta ramka odczytu wzmocnionego żółtego białka fluorescencyjnego (eYFP) jest połączona z peroksysomalną sekwencją celującą typu II (PTS2)12, białko PTS2eYFP jest importowane do dojrzałych, kompetentnych do importu glikosomów, a fluorescencja może być monitorowana za pomocą cytometrii przepływowej. Różnice w składzie glikosomów znajdują odzwierciedlenie w zmianach fluorescencji komórek. System ten może pomóc w rozwiązaniu mechanizmów, które regulują wywołane przez środowisko zmiany w składzie glikosomu.
Ten manuskrypt opisuje generowanie systemu reporterowego glikosomów u pasożytów PCF w połączeniu z cytometrią przepływową do monitorowania dynamiki glikosomów w czasie rzeczywistym u żywych pasożytów i podaje przykład tego, jak był on używany do śledzenia zmian w składzie glikosomu w odpowiedzi na różne środowiska. Podsumowując, na skład glikosomów wpływa zewnątrzkomórkowe stężenie glukozy, a przejście kultur logarytmicznych do świeżej pożywki powoduje zmiany w składzie glikosomu. System ten można zmodyfikować w celu zbadania dynamicznego zachowania innych organelli w trypanosomach i innych pasożytach.