アポトーシス誘導因子および化学療法剤による治療後の単細胞寄生虫トキソプラズマゴンディのアポトーシス様細胞死経路：概念実証研究

アポトーシス様細胞死の古代経路は、原生動物寄生虫を含む単細胞真核生物で同定されています。ここでは、人間と温血動物の一般的な細胞内病原体であるアピコンプレキサントキソプラズマゴンディのプログラム細胞死を調べました。さまざまな促進促進刺激による細胞外T. gondiiの治療は、TUNELおよびフローサイトメトリーによって明らかにされたように、DNA鎖切断を有意に誘導しました。アポトーシス促進刺激としてスタウロスポリンまたはミルテフォシンを使用して、寄生虫は細胞サイズの減少、すなわちピクノーシスと外部化ホスファチジルセリンも提示しましたが、原形質膜は無傷のままでした。重要なことに、スタウロスポリンはまた、細胞内T. gondiiでDNA鎖切断を誘導しました。トキソプラズマゲノム資源のデータマイニングでは、プロテアーゼ、ヌクレアーゼ、およびいくつかのアポトーシス調節因子をコードする17の推定細胞死関連遺伝子が特定されました。スタウロスポリン処理された寄生虫は、これらの遺伝子のいくつかを強くアップレギュレートして、これらの遺伝子のいくつかを時間依存的に強く上方制御し、推定PDCD2タンパク質は100倍以上上方制御されています。しかし、ミトコンドリア膜電位（Δψ（M））は無傷のままであり、カスパーゼ様活性は、スタウロスポリンがトリガーする細胞死の間にわずかにしか増加しませんでした。スタウロスポリンと比較して、ミルテフォシンに対する寄生虫の転写反応はより制限されていましたが、PDCD2は再び強く誘導されました。さらに、T。gondiiはΔψ（M）を失い、ミルテフォシン治療中に強力なカスパーゼ様活性を急速に提示しました。その結果、プロテアーゼ阻害剤は、ミルテフォシン誘発性ではあるが、スタウロスポリン誘発性トキソプラズマ細胞死を廃止した。最後に、トキソプラズマシダル薬物は、細胞外T. gondiiでDNA鎖切断を引き起こしました。興味深いことに、クリンダマイシンは、細胞内寄生虫におけるアポトーシス様細胞死のマーカーも誘導しました。一緒に、データは、T。gondiiが化学療法剤によって引き起こされる可能性のある古代アポトーシス様細胞死の機構を持っていることを示しています。

Ancient pathways of an apoptosis-like cell death have been identified in unicellular eukaryotes including protozoan parasites. Here, we examined programmed cell death in the apicomplexan Toxoplasma gondii which is a common intracellular pathogen of humans and warm-blooded animals. Treatment of extracellular T. gondii with various pro-apoptotic stimuli significantly induced DNA strand breaks as revealed by TUNEL and flow cytometry. Using staurosporine or miltefosine as pro-apoptotic stimuli, parasites also presented a reduced cell size, i.e. pyknosis and externalized phosphatidylserine while the plasma membrane remained intact. Importantly, staurosporine also induced DNA strand breaks in intracellular T. gondii. Data mining of the Toxoplasma genome resource identified 17 putative cell death-associated genes encoding proteases, a nuclease and several apoptosis regulators. Staurosporine-treated parasites but not controls strongly up-regulated several of these genes in a time-dependent fashion with a putative PDCD2 protein being more than 100-fold up-regulated. However, the mitochondrial membrane potential (ΔΨ(m)) remained intact and caspase-like activity increased only slightly during staurosporine-triggered cell death. As compared to staurosporine, the transcriptional response of parasites to miltefosine was more restricted but PDCD2 was again strongly induced. Furthermore, T. gondii lost their ΔΨ(m) and rapidly presented strong caspase-like activity during miltefosine treatment. Consequently, protease inhibitors abrogated miltefosine-induced but not staurosporine-induced Toxoplasma cell death. Finally, toxoplasmacidal drugs triggered DNA strand breaks in extracellular T. gondii. Interestingly, clindamycin also induced markers of an apoptosis-like cell death in intracellular parasites. Together, the data indicate that T. gondii possesses ancient apoptosis-like cell death machinery which can be triggered by chemotherapeutic agents.