Трипаносома бруцеи: Паразит, вызывающий сонную болезнь и нагану

Введение

Вид протозойного паразита

Trypanosoma brucei – это вид паразитических кинетопластид, принадлежащих к роду Trypanosoma, обитающий в Африке к югу от Сахары. В отличие от других простейших паразитов, обычно заражающих клетки крови и тканей, он исключительно внеклеточный и находится в плазме крови и жидкостях организма. Он вызывает смертельные векторно-переносимые заболевания: африканский трипаносомоз, или сонную болезнь, у людей, и трипаносомоз животных, или нагану, у крупного рогатого скота и лошадей. Это комплекс видов, объединяющий три подвида: T. b. brucei, T. b. gambiense и T. b. rhodesiense. Первый является паразитом нечеловеческих млекопитающих и вызывает нагану, в то время как два последних – зоонозные, заражают как людей, так и животных и вызывают африканский трипаносомоз. T. brucei передается между млекопитающими-хозяевами переносчиком – различными видами мухи цеце (Glossina). Передача происходит при укусе во время кровососания насекомого. В течение жизненного цикла паразиты претерпевают сложные морфологические изменения при перемещении между насекомыми и млекопитающими. Кровотоковые формы млекопитающих характеризуются белками клеточной поверхности – вариантными поверхностными гликопротеинами, которые демонстрируют значительные антигенные вариации, обеспечивая постоянное уклонение от адаптивного иммунитета хозяина и приводя к хронической инфекции. T. brucei – один из немногих патогенов, способных преодолевать гематоэнцефалический барьер. Существует острая необходимость в разработке новых лекарственных препаратов, поскольку существующие методы лечения могут вызывать серьезные побочные эффекты и приводить к летальному исходу. Хотя ранее T. equiperdum и T. evansi не рассматривались как подвиды T. brucei из-за различий в путях передачи, клинической картине и потери кинетопластной ДНК, генетический анализ показывает, что они произошли от паразитов, очень похожих на T. b. brucei, и считаются членами клады brucei. Паразит был открыт в 1894 году сэром Дэвидом Брюсом, в честь которого в 1899 году было дано научное название.

Ранние записи

Сонная болезнь у животных описывалась в древнеегипетских писаниях. В Средние века арабские торговцы отмечали широкое распространение сонной болезни среди африканцев и их собак. В XIX веке она была одним из основных инфекционных заболеваний в южной и восточной Африке. Королевство зулу (ныне часть Южной Африки) сильно пострадало от этой болезни, которая стала известна британцам как нагана.

Джон Аткинс, английский военно-морской хирург, дал первое медицинское описание сонной болезни человека в 1734 году. Он связывал случаи смерти, которые он называл "сонным недугом", в Гвинее с этой инфекцией. Другой английский врач, Томас Мастерман Винтерботтом, в 1803 году дал более точное описание симптомов, наблюдаемых в Сьерра-Леоне. Винтерботтом описал ключевой признак болезни – увеличение задних шейных лимфатических узлов, и рабов с такими опухолями признавали непригодными для торговли.

Открытие паразита

Королевский армейский медицинский корпус назначил Дэвида Брюса, который в то время был ассистентом профессора патологии в Армейской медицинской школе в Нетли и имел звание капитана, в 1894 году для расследования болезни, известной как нагана, в Южной Африке. Эта болезнь вызывала серьезные проблемы у местного скота и лошадей британской армии. На шестой день расследования Брюс обнаружил паразитов в крови больных коров. Изначально он идентифицировал их как разновидность филярий (мелких круглых червей), но к концу года установил, что паразиты являются "гематозоами" (простейшими) и вызывают нагану. Научное название Trypanosoma brucii было дано британскими зоологами Генри Джорджем Плиммером и Джоном Роузом Брэдфордом в 1899 году из-за опечатки. Род Trypanosoma был впервые описан венгерским врачом Давидом Груби в его описании T. sanguinis, вида, который он обнаружил у лягушек в 1843 году.

Вспышки

В Уганде первый случай заражения человека был зарегистрирован в 1898 году. К 1901 году заболевание приобрело тяжелый характер, и число погибших оценивалось примерно в 20 000 человек. Более 250 000 человек умерли в эпидемии, продолжавшейся два десятилетия. Не было известно, были ли человеческая сонная болезнь и нагана одинаковыми заболеваниями или вызывались ли они схожими паразитами. Даже наблюдения Форда и Даттона не указывали на связь трипаносом с сонной болезнью.

Комиссия по болезни сна

Королевское общество 10 мая 1902 года сформировало комиссию по изучению болезни сна в составе трех человек для расследования эпидемии в Уганде. В комиссию вошли Джордж Кармайкл Лоу из Лондонской школы гигиены и тропической медицины в качестве руководителя, его коллега Алдо Кастеллани и Кэтберт Кристи, врач, работавший в Бомбее, Индия. В то время продолжались дебаты относительно этиологии заболевания: одни склонялись к бактериальной инфекции, другие – к гельминтной. Первое исследование было сосредоточено на Filaria perstans (впоследствии переименованной в Mansonella perstans), небольшом круглом черве, передаваемом мухами, и бактериях как возможных причинах, но выяснилось, что эпидемия не связана с этими патогенами. Команду описывали как "несогласованную группу", а экспедицию – как "провал". В феврале 1902 года британское военное ведомство, по просьбе Королевского общества, назначило Дэвида Брюса руководителем второй комиссии по изучению болезни сна. Вместе с Дэвидом Нуньесом Набарро (из Университетского колледжа больницы) Брюс и его жена присоединились к Кастеллани и Кристи 16 марта. К тому времени Королевское общество уже опубликовало отчет. К августу 1903 года Брюс и его команда установили, что болезнь передается мухой цеце, Glossina palpalis. Однако Брюс не понимал жизненного цикла трипаносом и считал, что паразиты просто передаются от человека к человеку. Открытым вопросом, отмеченным Брюсом на этом этапе, было то, как трипаносома попадает в слюнные железы. Мюриэль Робертсон в экспериментах, проведенных в 1911–1912 годах, установила, каким образом проглоченные трипаносомы в конечном итоге достигают слюнных желез мухи.

Открытие человеческих трипаносом

Британский колониальный хирург Роберт Майкл Форд был первым, кто обнаружил этого паразита в организме человека. Он обнаружил его у капитана английского парохода, поступившего в больницу в Батерсте, Гамбия, в 1901 году. Другой человеческий трипаносома (в настоящее время известная как T. brucei rhodesiense) была открыта британскими паразитологами Джоном Уильямом Уотсоном Стивенсом и Гарольдом Бенджамином Фантемом.

Виды

T. brucei – это комплекс видов, включающий: T. brucei gambiense, вызывающий медленно развивающийся хронический трипаносомоз у человека. Наиболее распространен в центральной и западной Африке, где люди считаются основным резервуаром инфекции. В 1973 году Дэвид Херст Молино впервые обнаружил инфекцию этим штаммом у диких и домашних животных. Он является причиной 98% всех случаев африканского трипаносомоза у людей и практически всегда приводит к летальному исходу (примерно 100% смертность). T. brucei rhodesiense вызывает быстрое развитие острого трипаносомоза у человека. Этот паразит обладает высокой зоонозностью и распространен в южной и восточной Африке, где основными резервуарами инфекции считаются дикие животные и домашний скот. Однако он тесно связан с подвидом, способным заражать человека, и имеет с ним общие фундаментальные характеристики. Заражение человека подвидом T. b. brucei происходит крайне редко. Подвиды нельзя различить по структуре, так как все они идентичны при микроскопическом исследовании. Основным отличием является географическое расположение. Ген TgsGP, обнаруженный только у T. b. gambiense типа 1, также является специфическим признаком, отличающим штаммы T. b. gambiense. Подвиды не обладают многими признаками, обычно необходимыми для установления монофилии.

Этимология

Название рода происходит от двух греческих слов: τρυπανον (trypanon или trupanon), что означает «буравчик» или «сверло», относясь к движению, напоминающему выкручивание; видовое название дано в честь Дэвида Брюса, который обнаружил паразитов в 1894 году. Кинетопласт расположен вблизи базального тельца, и под микроскопом их невозможно различить. От базального тельца отходит единственный жгутик, направленный к переднему концу. Вдоль поверхности тела жгутик прикреплен к клеточной мембране, формируя волнистую мембрану. Свободным остается только кончик жгутика на переднем конце. Клеточная поверхность формы, обитающей в кровотоке, характеризуется плотным слоем вариантных поверхностных гликопротеинов (VSG), который заменяется столь же плотным слоем проциклинов при дифференцировке паразита в проциклическую фазу в средней кишке мухи цеце. Трипанозоматиды демонстрируют несколько различных классов клеточной организации, два из которых используются *T. brucei* на разных стадиях жизненного цикла: решетчатая структура белков, уникальная для кинетопластидов, эугленоид и динофлагеллят. Микротрубочки жгутиковой аксонемы расположены в типичной конфигурации 9+2, ориентированные так, что + направлен к переднему концу, а – к базальному тельцу. Цитоскелетная структура простирается от базального тельца к кинетопласту. Жгутик связан с цитоскелетом основного тела клетки четырьмя специализированными микротрубочками, которые проходят параллельно и в том же направлении, что и тубулин жгутика. Функция жгутика двойственна — обеспечение локомоции посредством колебаний вдоль прикрепленного жгутика и тела клетки в крови человека и кишечнике мухи цеце, а также прикрепление к эпителию слюнных желез мухи на стадии эпимастигота. Жгутик движет тело таким образом, что аксонема генерирует колебания и создается волна, распространяющаяся вдоль волнистой мембраны. В результате тело движется по спирали, подобной выкручиванию. При поглощении другими трипаносомами эти внеклеточные везикулы (EV) вызывают отталкивающее движение от данной области и, следовательно, от неблагоприятной среды. Они защищены от иммунной системы хозяина за счет антигенной вариации, обусловленной наличием вариантных поверхностных гликопротеинов на поверхности тела. Иногда дикие животные могут заражаться мухой цеце и служить резервуарами. У этих животных они не вызывают заболевания, но живые паразиты могут быть вновь переданы обычным хозяевам. Короткие и коренастые трипомастиготы (SS) поглощаются мухами цеце во время кровососания. Проциклические трипомастиготы преодолевают перитрофический матрикс, незначительно удлиняются и мигрируют в переднюю часть средней кишки в виде непролиферативных длинных мезоциклических трипомастигот. По мере достижения провентрикула они истончаются и подвергаются цитоплазматической перестройке, давая начало пролиферативным эпимастиготам. Короткие эпимастиготы мигрируют из провентрикула через предкишечник и хоботок в слюнные железы, где прикрепляются к эпителию слюнных желез. В слюнных железах выжившие проходят фазы размножения. Первый цикл представляет собой равное митотическое деление, в результате которого материнская клетка производит две дочерние эпимастиготы, сходные между собой. Они остаются прикрепленными к эпителию. Эта фаза является основным этапом размножения на начальной стадии инфекции, обеспечивающим достаточное количество паразитов в слюнных железах. Трипомастиготы открепляются от эпителия и трансформируются в короткие и коренастые трипомастиготы. Поверхностные проциклины замещаются VSG, и они становятся инфекционными метациклическими трипомастиготами.

The genus name is derived from two Greek words: τρυπανον (trypanon or trupanon), which means "borer" or "auger", referring to the corkscrew like movement; The specific name is after David Bruce, who discovered the parasites in 1894. The kinetoplast lies near the basal body with which it is indistinguishable under microscope. From the basal body arises a single flagellum that run towards the anterior end. Along the body surface, the flagellum is attached to the cell membrane forming an undulating membrane. Only the tip of the flagellum is free at the anterior end. The cell surface of the bloodstream form features a dense coat of variant surface glycoproteins (VSGs) which is replaced by an equally dense coat of procyclins when the parasite differentiates into the procyclic phase in the tsetse fly midgut. Trypanosomatids show several different classes of cellular organisation of which two are adopted by T. brucei at different stages of the life cycle: a lattice structure of proteins unique to the kinetoplastids, euglenoids and dinoflagellates. The microtubules of the flagellar axoneme lie in the normal 9+2 arrangement, orientated with the + at the anterior end and the − in the basal body. The cytoskeletal structure extends from the basal body to the kinetoplast. The flagellum is bound to the cytoskeleton of the main cell body by four specialised microtubules, which run parallel and in the same direction to the flagellar tubulin. The flagellar function is twofold — locomotion via oscillations along the attached flagellum and cell body in human blood stream and tsetse fly gut, and attachment to the salivary gland epithelium of the fly during the epimastigote stage. The flagellum propels the body in such a way that the axoneme generates the oscillation and a flagellar wave is created along the undulating membrane. As a result, the body moves in a corkscrew pattern. When absorbed by other trypanosomes these EVs cause repulsive movement away from the area and so away from bad environments. They are protected from the host's immune system by producing antigentic variation called variant surface glycoproteins on their body surface. Sometimes, wild animals can be infected by the tsetse fly and they act as reservoirs. In these animals, they do not produce the disease, but the live parasite can be transmitted back to the normal hosts. The short and stumpy trypomastigotes (SS) are taken up by tsetse flies during a blood meal. The procyclic trypomastigotes cross the peritrophic matrix, undergo slight elongation and migrate to the anterior part of the midgut as non proliferative long mesocyclic trypomastigotes. As they reach the proventriculus, they became thinner and undergo cytoplasmic rearrangement to give rise to proliferative epimastigotes. The short epimastigote migrate from the proventriculus via the foregut and proboscis to the salivary glands where they get attached to the salivary gland epithelium. In the salivary glands, the survivors undergo phases of reproduction. The first cycle in an equal mitosis by which a mother cell produces two similar daughter epimastigotes. They remain attach to the epithelium. This phase is the main reproduction in first stage infection to ensure sufficient number of parasites in the salivary gland. The trypomastigote detach from the epithelium and undergo transformation into short and stumpy trypomastigotes. The surface procyclins are replaced with VSGs and become the infective metacyclic trypomastigotes.

Бинарное деление

Репродукция T. brucei необычна по сравнению с большинством эукариотов. Ядерная мембрана остается неповрежденной, а хромосомы не конденсируются во время митоза. Базальное тельце, в отличие от центросомы большинства эукариотических клеток, не играет роли в организации веретена деления, а участвует в делении кинетопласта. События размножения таковы: однако это не всегда необходимо для завершения жизненного цикла. В 2011 году было сообщено об обнаружении белков, специфичных для мейоза. Гаплоидные гаметы (дочерние клетки, образующиеся после мейоза) были обнаружены в 2014 году. Гаплоидные трипомастиготы, подобные гаметам, могут взаимодействовать друг с другом с помощью жгутиков и подвергаться клеточному слиянию (этот процесс называется сингaмией). Таким образом, помимо бинарного деления, T. brucei может размножаться половым путем. Трипаносомы относятся к супергруппе Excavata и являются одной из самых ранних ветвей в эволюции эукариотов. Открытие полового размножения у T. brucei поддерживает гипотезу о том, что мейоз и половое размножение – это древние и широко распространенные характеристики эукариотов.

Инфекция и патогенность

Векторами трипаносомы *T. brucei* являются различные виды мухи цеце (род *Glossina*). Основными переносчиками *T. b. gambiense*, вызывающей западноафриканскую сонную болезнь, являются *G. palpalis*, *G. tachinoides* и *G. fuscipes*. В то время как основными переносчиками *T. b. rhodesiense*, вызывающей восточноафриканскую сонную болезнь, являются *G. morsitans*, *G. pallidipes* и *G. swynnertoni*. Трипаносомоз животных передается примерно дюжиной видов *Glossina*. На поздних стадиях инфекции *T. brucei* у млекопитающих паразит может мигрировать из кровотока, поражая также лимфу и спинномозговую жидкость. Именно это проникновение в ткани приводит к развитию сонной болезни. Новорожденные дети могут заражаться от инфицированных матерей (вертикальная или врожденная передача).

Химиотерапия

Существует четыре препарата, обычно рекомендуемых для лечения африканского трипаносомоза: сурамин, разработанный в 1921 году, пентамидин, разработанный в 1941 году, меларсопрол, разработанный в 1949 году, и эфлорнитин, разработанный в 1990 году. Эти препараты не обладают полной эффективностью и токсичны для человека. Кроме того, у паразитов развилась лекарственная устойчивость ко всем этим препаратам. Применение препаратов ограничено, поскольку они эффективны против определенных штаммов *T. brucei* и на определенных стадиях жизненного цикла паразитов. Сурамин используется только для лечения первой стадии инфекции *T. b. rhodensiense*, пентамидин – для лечения первой стадии инфекции *T. b. gambiense*, а эфлорнитин – для лечения второй стадии инфекции *T. b. gambiense*. Меларсопрол – единственный препарат, эффективный против обоих типов паразитов на обеих стадиях инфекции, однако он высокотоксичен, и у 5% пациентов, получавших лечение, развивается повреждение мозга (реактивная энцефалопатия). Другой препарат, нифуртимокс, рекомендованный для лечения болезни Шагаса (американского трипаносомоза), сам по себе обладает слабой эффективностью, но в сочетании с меларсопролом используется в качестве препарата первой линии для лечения второй стадии инфекции *T. b. gambiense*. В начале XX века с успехом, особенно при инфекциях животных, стали применяться соединения мышьяка и ртути. Немецкий врач Поль Эрлих и его японский коллега Киёси Шига в 1904 году разработали первый специфический трипаноцидный препарат на основе красителя трипана красного, который они назвали Трипанротом. Эти химические препараты были эффективны только в высоких и токсичных дозах и не подходили для клинического применения. Трипаносомоз животных лечат шестью препаратами: диминазен ацетарат, гомидиум (бромид гомидиума и хлорид гомидиума), хлорид изометамидиума, меларсомин, кинопирамин и сурамин. Все они высокотоксичны для животных, и лекарственная устойчивость широко распространена. Гомидиум – первый рецептурный антитрипаносомный препарат. Он был разработан как модифицированное соединение фенантридина, который в 1938 году был признан обладающим трипаноцидной активностью против паразита крупного рогатого скота *T. congolense*. Среди его производных димидиумбромид и его аналоги впервые были использованы в 1948 году при лечении животных в Африке и стали известны как гомидиум (или этидиумбромид в молекулярной биологии).

There are four drugs generally recommended for the first line treatment of African trypanosomiasis: suramin developed in 1921, pentamidine developed in 1941, melarsoprol developed in 1949 and eflornithine developed in 1990. These drugs are not fully effective and are toxic to humans. In addition, drug resistance has developed in the parasites against all the drugs. The drugs are of limited application since they are effective against specific strains of T. brucei and the life cycle stages of the parasites. Suram is used only for first stage infection of T. b. rhodensiense, pentamidine for first stage infection of T. b. gambiense, and eflornithine for second stage infection of T. b. gambiense. Melarsopol is the only drug effective against the two types of parasite in both infection stages, but is highly toxic, such that 5% of treated individuals die of brain damage (reactive encephalopathy). Another drug, nifurtimox, recommended for Chagas disease (American trypanosomiasis), is itself a weak drug but in combination with melarsopol, it is used as the first line medication against second stage infection of T. b. gambiense. Historically, arsenic and mercuric compounds were introduced in the early 20th century, with success particularly in animal infections. German physician Paul Ehrlich and his Japanese associate Kiyoshi Shiga developed the first specific trypanocidal drug in 1904 from a dye, trypan red, which they named Trypanroth. These chemical preparations were effective only at high and toxic dosages, and were not suitable for clinical use. Animal trypanosomiasis is treated with six drugs: diminazene aceturate, homidium (homidium bromide and homidium chloride), isometamidium chloride, melarsomine, quinapyramine, and suramin. They are all highly toxic to animals, and drug resistance is prevalent. Homidium is the first prescription anti trypanosomal drug. It was developed as a modified compound of phenantridine, which was found in 1938 to have trypanocidal activity against the bovine parasite, T. congolense. Among its products, dimidium bromide and its derivatives were first used in 1948 in animal cases in Africa, and became known as homidium (or as ethidium bromide in molecular biology).

Альтернативная терапия

Некоторые фитохимические вещества продемонстрировали многообещающие результаты в исследованиях против штамма T. b. brucei. Aderbauer et al., 2008 и Umar et al., 2010 показали, что Khaya senegalensis эффективен in vitro, а Ibrahim et al., 2013 и 2008 – in vivo (на крысах). Таким образом, это представляет собой серьезную ветеринарную проблему и является одним из главных ограничений для развития сельского хозяйства в Африке и экономического благосостояния стран Африки к югу от Сахары. Паразит эволюционирует бесполым путем, и его геном демонстрирует эффект Меселсона. Все T. b. gambiense устойчивы к уничтожению компонентом сыворотки – трипаносомным литическим фактором (TLF), который представлен двумя типами: TLF 1 и TLF 2. Паразиты группы 1 T. b. gambiense избегают поглощения частиц TLF, в то время как паразиты группы 2 способны либо нейтрализовать, либо компенсировать воздействие TLF. В отличие от этого, устойчивость у T. b. rhodesiense зависит от экспрессии гена, ассоциированного с резистентностью к сыворотке (SRA). Этот ген отсутствует у T. b. gambiense.

Геном

Геном T. brucei состоит из: 11 пар крупных хромосом размером от 1 до 6 мегабаз. 3–5 промежуточных хромосом размером от 200 до 500 килобаз. Около 100 мини-хромосом размером около 50–100 килобаз. Эти мини-хромосомы могут присутствовать в нескольких копиях в гаплоидном геноме. Большинство генов локализованы на крупных хромосомах, в то время как мини-хромосомы несут только гены VSG. Геном был секвенирован и доступен в базе данных GeneDB. Митохондриальный геном конденсирован в кинетопласте – необычная особенность, уникальная для кинетопластидных простейших. Кинетопласт и базальное тельце жгутика тесно связаны посредством цитоскелетной структуры.

В 1993 году в ядерной ДНК T. brucei был идентифицирован новый азотистый компонент, ß-d-глюкопиранозилоксиметилурацил (база J).

Покрытие VSG

Поверхность *T. brucei* и других видов трипаносом покрыта плотным внешним слоем, называемым вариантным поверхностным гликопротеином (VSG). VSG – это белки массой 60 кДа, плотно упакованные (~5 x 10<sup>6</sup> молекул) для формирования поверхностного слоя толщиной 12–15 нм. Димеры VSG составляют около 90% всех белков поверхности клеток трипаносом. Они также составляют ~10% от общего количества клеточных белков. По этой причине эти белки обладают высокой иммуногенностью, и иммунный ответ, направленный против конкретного VSG-покрытия, быстро уничтожает трипаносомы, экспрессирующие этот вариант. Однако при каждом делении клетки существует вероятность того, что потомство переключит экспрессию, изменяя экспрессируемый VSG. Этот VSG-покрыв позволяет заражающей популяции *T. brucei* постоянно избегать иммунной системы хозяина, поддерживая хроническую инфекцию. VSG обладает высокой иммуногенностью, и иммунный ответ, направленный против конкретного VSG-покрытия, быстро убивает трипаносомы, экспрессирующие этот вариант. Убийство трипаносом, опосредованное антителами, также можно наблюдать *in vitro* с помощью анализа лизиса, опосредованного комплементом. Однако при каждом делении клетки существует вероятность того, что одно или оба потомства переключат экспрессию, изменяя экспрессируемый VSG. Частота переключения VSG составляет приблизительно 0,1% на каждое деление. Поскольку популяции *T. brucei* могут достигать пиковой численности в 10<sup>11</sup> особей внутри хозяина, эта высокая скорость переключения обеспечивает типичное высокое разнообразие популяции паразитов. Поскольку иммунитет хозяина к конкретному VSG не развивается мгновенно, некоторые паразиты переключаются на антигенно отличный вариант VSG и могут размножаться, продолжая инфекцию. Клиническим проявлением этого цикла являются последовательные «волны» паразитемии (трипаносомы в крови). Экспрессируемый VSG может быть переключен либо путем активации другого экспрессионного сайта (и, следовательно, изменения экспрессии VSG в этом сайте), либо путем замены гена VSG в активном сайте на другой вариант. Геном содержит сотни, а возможно, и тысячи генов VSG, как на минихромосомах, так и в повторяющихся участках («массивах») внутри хромосом. Они обычно транскрипционно неактивны, с пропущенными участками или преждевременными стоп-кодонами, но играют важную роль в эволюции новых генов VSG. По оценкам, до 10% генома *T. brucei* может состоять из генов VSG или псевдогенов. Предполагается, что любой из этих генов может быть перемещен в активный сайт посредством рекомбинации для экспрессии. Остается не доказанным, является ли регуляция переключения VSG чисто стохастической или на частоту переключения влияют факторы окружающей среды. Переключение связано с двумя факторами: вариацией активации отдельных генов VSG и дифференцировкой в стадию «короткого тупого», индуцированную условиями высокой плотности популяции, которая является нерепродуктивной стадией передачи между хозяевами. Белковыми компонентами TLF 1 являются белок, связанный с гаптоглобином (HPR), аполипопротеин L 1 (apoL 1) и аполипопротеин A 1 (apoA 1). Эти три белка локализованы внутри сферических частиц, содержащих фосфолипиды и холестерин. Белковые компоненты TLF 2 включают IgM и аполипопротеин A I.

The surface of T. brucei and other species of trypanosomes is covered by a dense external coat called variant surface glycoprotein (VSG). VSGs are 60 kDa proteins which are densely packed (~5 x 106 molecules) to form a 12–15 nm surface coat. VSG dimers make up about 90% of all cell surface proteins in trypanosomes. They also make up ~10% of total cell protein. For this reason, these proteins are highly immunogenic and an immune response raised against a specific VSG coat will rapidly kill trypanosomes expressing this variant. However, with each cell division there is a possibility that the progeny will switch expression to change the VSG that is being expressed. This VSG coat enables an infecting T. brucei population to persistently evade the host's immune system, allowing chronic infection. VSG is highly immunogenic, and an immune response raised against a specific VSG coat rapidly kills trypanosomes expressing this variant. Antibody mediated trypanosome killing can also be observed in vitro by a complement mediated lysis assay. However, with each cell division there is a possibility that one or both of the progeny will switch expression to change the VSG that is being expressed. The frequency of VSG switching has been measured to be approximately 0.1% per division. As T. brucei populations can peak at a size of 1011 within a host this rapid rate of switching ensures that the parasite population is typically highly diverse. Because host immunity against a specific VSG does not develop immediately, some parasites will have switched to an antigenically distinct VSG variant, and can go on to multiply and continue the infection. The clinical effect of this cycle is successive 'waves' of parasitemia (trypanosomes in the blood). The expressed VSG can be switched either by activating a different expression site (and thus changing to express the VSG in that site), or by changing the VSG gene in the active site to a different variant. The genome contains many hundreds if not thousands of VSG genes, both on minichromosomes and in repeated sections ('arrays') in the interior of the chromosomes. These are transcriptionally silent, typically with omitted sections or premature stop codons, but are important in the evolution of new VSG genes. It is estimated up to 10% of the T. brucei genome may be made up of VSG genes or pseudogenes. It is thought that any of these genes can be moved into the active site by recombination for expression. It remains unproven whether the regulation of VSG switching is purely stochastic or whether environmental stimuli affect switching frequency. Switching is linked to two factors: variation in activation of individual VSG genes; and differentiation to the "short stumpy" stage triggered by conditions of high population density which is the nonreproductive, interhost transmission stage. The protein components of TLF 1 are haptoglobin related protein (HPR), apolipoprotein L 1 (apoL 1) and apolipoprotein A 1 (apoA 1). These three proteins are colocalized within spherical particles containing phospholipids and cholesterol. The protein components of TLF 2 include IgM and apolipoprotein A I.

Трипанолитические факторы встречаются только у нескольких видов, включая людей, горилл, мандрилов, бабуинов и сажей мангабеев. Это, по-видимому, связано с тем, что белок, связанный с гаптоглобином, и аполипопротеин L 1 уникальны для приматов. Это указывает на то, что эти гены возникли в геноме приматов. Инфекционные подвиды человека *T. b. gambiense* и *T. b. rhodesiense* выработали механизмы устойчивости к трипанолитическим факторам, описанным ниже.

Аполлон

ApoL1 является членом семейства из шести генов, ApoL1-6, возникших в результате тандемного дублирования. Эти белки обычно участвуют в апоптозе хозяина или аутофагической гибели клеток и содержат Bcl-2 гомологичный домен 3. ApoL1 был идентифицирован как токсичный компонент, ответственный за трипанолиз. Белки ApoL подверглись недавней селективной эволюции, возможно, связанной с устойчивостью к патогенам. Ген, кодирующий ApoL1, расположен на длинном плече хромосомы 22 (22q12.3). Варианты этого гена, известные как G1 и G2, обеспечивают защиту от *Trypanosoma brucei rhodesiense*. Эта гломерулопатия может помочь объяснить более высокую распространенность гипертонии среди африканских популяций. Ген кодирует белок, состоящий из 383 аминокислотных остатков, включая типичный сигнальный пептид из 12 аминокислот. Белок плазмы представляет собой одноцепочечный полипептид с кажущейся молекулярной массой 42 килодальтона. ApoL1 обладает мембранообразующим доменом, функционально сходным с доменом бактериальных колицинов. Этот домен фланкирован доменом, определяющим локализацию в мембране, и оба этих домена необходимы для уничтожения паразитов. В почках ApoL1 обнаруживается в подоцитах гломерул, эпителии проксимальных канальцев и эндотелии артериол. Он обладает высоким сродством к фосфатидной кислоте и кардиолипину и может индуцироваться интерфероном гамма и фактором некроза опухоли альфа.

КПР

Hpr на 91% идентичен гаптоглобину (Hp), распространенному белку острой фазы сыворотки, обладающему высоким сродством к гемоглобину (Hb). При высвобождении Hb из эритроцитов при внутрисосудистом гемолизе, Hp образует с Hb комплекс, который удаляется из кровообращения посредством скавенджерного рецептора CD163. В отличие от комплекса Hp–Hb, комплекс Hpr–Hb не связывается с CD163, а концентрация Hpr в сыворотке крови, по-видимому, не изменяется при гемолизе.

Убийственный механизм

Ассоциация HPR с гемоглобином обеспечивает связывание и поглощение TLF 1 посредством трипаносомного рецептора гаптоглобина-гемоглобина (TbHpHbR). TLF 2 проникает в трипаносомы независимо от TbHpHbR. Трипаносомный рецептор гаптоглобина-гемоглобина представляет собой вытянутый трехспиральный пучок с небольшим дистальным головным участком, обращенным от мембраны. Этот белок выступает над слоем поверхностных гликопротеинов, окружающим паразита. Первый этап механизма уничтожения – связывание TLF с высокоаффинными рецепторами – рецепторами гаптоглобина-гемоглобина, расположенными в жгутиковом кармане паразита. Связанный TLF эндоцитозируется посредством покрытых везикул и затем транспортируется в лизосомы паразита. ApoL1 является основным летальным фактором в составе TLF и убивает трипаносом, внедряясь в эндосомальные/лизосомные мембраны.

Механизмы сопротивления: T. b. gambiense

Trypanosoma brucei gambiense вызывает 97% случаев африканского трипаносомоза (болезни сна) у людей. Устойчивость к ApoL1 в основном обусловлена гидрофобным β-листом специфического для T. b. gambiense гликопротеина. Это связано с мутацией тимина в цитозин во втором кодоне. Эти мутации могли развиться в результате сосуществования с малярией в тех регионах, где обитает этот паразит.

Механизмы резистентности: T. b. rhodesiense

Trypanosoma brucei rhodesiense использует иной механизм устойчивости: белок, связанный с устойчивостью к сыворотке (SRA). Ген SRA представляет собой укороченную версию основного и вариабельного поверхностного антигена паразита – вариантного поверхностного гликопротеина. Однако он обладает небольшим сходством (низкой гомологией последовательностей) с геном VSG (менее 25%). SRA является геном, связанным с местом экспрессии, у T. b. rhodesiense и расположен выше по течению от генов VSG в активном теломерном участке экспрессии. Белок преимущественно локализуется в небольших цитоплазматических везикулах между жгутиковым карманом и ядром. У T. b. rhodesiense TLF направляется к SRA-содержащим эндосомам, хотя наличие его в лизосоме остается предметом споров. SRA связывается с ApoL1 посредством спирального взаимодействия в домене взаимодействия ApoL1-SRA, находясь внутри лизосомы трипаносомы. Экспериментальные мутации, позволяющие ApoL1 быть защищенным от нейтрализации SRA, продемонстрировали способность придавать трипанолитическую активность T. b. rhodesiense.