Il progetto SPARk fa luce sul processo di differenziazione sessuale nella specie P. falciparum

Il Plasmodium falciparum è responsabile di oltre il 75% dei casi di malaria in Africa ed è anche la forma più letale della malattia. Ma ciò che lo rende particolarmente famoso - o piuttosto, affascinante - agli occhi della comunità scientifica è il suo complesso ciclo di vita: nei 14 giorni successivi al morso da parte di una zanzara Anofele infetta, i parassiti dello stadio epatico si differenziano e si moltiplicano asessualmente, dando luogo a decine di migliaia di merozoiti che causano la rottura dell''epatocita e invadono i globuli rossi.

Mentre alcuni di questi merozoiti si dividono in schizonti, altri si trasformano in forme sessuali di gametociti maschili e femminili che vengono assorbiti dalle zanzare Anofele femmine durante il loro pasto ematico. Il processo è ben noto ma i meccanismi che vedono la trasformazione dei parassiti in stadi specializzati in grado di svilupparsi sessualmente sono ancora poco conosciuti.

Mentre studiava la gametocitogenesi alla Harvard School of Public Health, la dottoressa Kathrin Buchholz ha fatto un''importante scoperta, identificando percorsi specificamente sovraregolati all''inizio della differenziazione sessuale. Ha scoperto che quattro geni coinvolti in diversi aspetti della regolazione genica post-trascrizionale erano sovraregolati e ha deciso di procedere nell''analisi di questo aspetto della biologia dei gametociti, grazie al finanziamento nell''ambito del progetto SPARk (Adding Pieces to the Puzzle of Sexual Differentiation In P. falciparum: A Systematic Analysis of RNA Processing).

Con l''approssimarsi della conclusione del progetto, la dottoressa Kathrin Buchholz ha accettato di discutere l''approccio seguito e di spiegare come la sua ricerca possa contribuire a migliorare le condizioni di salute nei paesi in cui la malaria è endemica.

Perché è così importante studiare la trasformazione dei parassiti in gametociti?

La maggior parte degli antimalarici attualmente in uso colpisce lo stadio parassitario responsabile dei sintomi e della mortalità della malattia: i parassiti che si riproducono asessualmente. Ma i parassiti responsabili del completamento del ciclo di vita nei vettori zanzara sono i gametociti. Per combattere la malaria a livello mondiale, sono necessarie strategie di intervento contro i gametociti, perché sono gli stadi responsabili della diffusione della malattia. Con questo progetto, speriamo di gettare le basi per nuove strategie di intervento destinate a bloccare la trasmissione.

Quali lacune scientifiche intendeva colmare e perché?

I diversi stadi dei gametociti sono accompagnati da modelli particolari di espressione genica specifica dello stadio sessuale. Negli ultimi anni, la nostra comprensione dell''impegno sessuale e della biologia dei gametociti si è approfondita. In particolare per quanto riguarda la comprensione dei meccanismi molecolari che portano all''impegno sessuale.

Tuttavia, rimangono importanti lacune, ad esempio non sappiamo come gli stimoli esterni si traducano in impegno sessuale nel Plasmodium e in altri processi molecolari a valle, dopo l''impegno ma all''inizio del ciclo di vita sessuale del Plasmodium. Con il progetto SPARk ho cercato di comprendere meglio questi primi eventi.

Qual è stato il suo approccio?

Per ottenere maggiori informazioni sull''importanza dei geni selezionati in questo progetto di differenziazione sessuale nel Plasmodium, ho usato una strategia d''urto.

Il cosiddetto sistema del dominio destabilizzante (DD) consente la regolazione dei livelli proteici. Si prevede che le proteine di fusione del DD si degradino rapidamente in assenza di legante e si stabilizzino in presenza di quest''ultimo. Sono state generate linee di parassiti transgenici e si è aggiunto questo dominio ai geni che mi interessavano.

Uno dei principali vantaggi di questo sistema è che costituisce una buona base per futuri interventi farmacologici. Questa metodologia consente di selezionare geni con un fenotipo essenziale con una riduzione del 70-80% del livello proteico (ogni gene mostrerà il proprio livello). Si tratta di livelli che possono essere raggiunti anche in un secondo momento con un intervento farmacologico.

Qual è stata, secondo lei, la scoperta più importante?

SPARk si proponeva di analizzare le funzioni di quattro geni nello sviluppo sessuale. Tutti i geni avevano funzioni previste nel controllo dell''espressione genica. Al momento sembra che due dei quattro geni abbiano un fenotipo importante con un basso numero complessivo di gametociti. Tuttavia, poiché gli approcci di genetica inversa nel Plasmodium richiedono tempo e possono incontrare difficoltà tecniche, stiamo verificando questi risultati.

A che tipo di nuovi trattamenti potrebbe portare questo progetto?

Esiste un farmaco approvato, contenuto nella raccomandazione dell''OMS per il trattamento della malaria come componente gametocida: la primachina. Questo farmaco presenta però effetti collaterali e non può essere utilizzato in tutti i gruppi di pazienti.

Per questo è urgente sviluppare farmaci mirati contro i gametociti del P. falciparum. Se potessimo descrivere geni con un''importanza accertata per lo sviluppo dei gametociti del Plasmodium, potremmo procedere con lo sviluppo di nuovi inibitori. La proteina ricombinante di questo gene convalidato potrebbe essere espressa in modo ricombinante, si potrebbe effettuare un saggio compatibile ad alto rendimento e si potrebbero analizzare gli inibitori. Idealmente, questo si tradurrebbe in un inibitore specifico che agisce esclusivamente sul bersaglio convalidato.

Oltre ai potenziali trattamenti, quale spera sarà l''impatto del progetto?

Oltre al potenziale di questo progetto di condurre a obiettivi convalidati per lo sviluppo razionale dei farmaci, puntiamo a ottenere una migliore comprensione dei meccanismi molecolari che avvengono durante lo sviluppo sessuale nei parassiti della malaria. In particolare, speriamo di descrivere nuovi meccanismi che potrebbero migliorare le nostre conoscenze su come i parassiti del Plasmodium controllano interruttori genetici complessi e modulano la risposta cellulare in base ai segnali di sviluppo.

Ha in programma un nuovo progetto di ricerca al riguardo?

Sì, i prossimi passaggi saranno quelli di procedere con la strategia delineata per lo sviluppo razionale dei farmaci, ad esempio il lavoro con le proteine ricombinanti e lo screening degli inibitori. Cercheremo anche di comprendere meglio l''importanza di questi geni a livello molecolare. Inoltre, il progetto è servito a confermare le metodologie necessarie e ho già inserito altri geni (ad esempio gli enzimi metabolici) nei prossimi lavori.