Atlas of Malaria Mosquitoes’ Immune System Assembled / Atlante del Sistema immunitario delle zanzare della malaria assemblato
Atlas of Malaria Mosquitoes’ Immune System Assembled / Atlante del Sistema immunitario delle zanzare della malaria assemblato
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
An international team of scientists led by investigators at the Wellcome Sanger Institute and the NIH has created the first cell atlas of mosquito immune cells to understand how the insects fight malaria, as well as other mosquito-borne infections. The mosquito host is essential for the malaria parasite to complete its lifecycle, so any disruption would dramatically reduce the transmission of one of the world’s deadliest diseases.
Findings from the new study—published recently in Science through an article titled “Mosquito cellular immunity at single-cell resolution“—discussed the discovery of new types of mosquito immune cells, including a rare cell type that could be involved in limiting malaria infection. The authors also identified molecular pathways implicated in controlling the malaria parasite.
“We have carried out the first-ever large-scale survey of the mosquito immune system, and using single-cell sequencing technology, we found immune cell types and cell states that had never been seen before,” explained lead study investigator Gianmarco Raddi, PhD, a postdoctoral researcher at the Wellcome Sanger Institute. “We also looked at mosquitoes that were infected with the Plasmodium parasite, and, for the first time, we’re able to study their immune response in molecular detail, and identify which cells and pathways were involved.”
Malaria is a life-threatening disease that affects more than 200 million people worldwide and caused an estimated 405,000 deaths in 2018 alone, the majority of which were children under five. It is caused by Plasmodium parasites, which are spread via the bites of female Anopheles mosquitoes. Breaking the chain of transmission from human to mosquito to human is key for reducing the burden of malaria.
The current study findings offer opportunities for uncovering novel ways to prevent mosquitoes from spreading the malaria parasite to humans and potentially eliminating malaria transmission. The atlas will also be a valuable resource for researchers trying to understand and control other mosquito-borne diseases such as Dengue or Zika.
The mosquito immune system controls how the insect can tolerate or transmit parasites or viruses; however, little is known about the exact cell types involved. In this first in-depth study of mosquito immune cells, a team of researchers studied two types of mosquito: Anopheles gambiae, which transmits malaria, and Aedes aegypti, which carries the viruses that cause Dengue, Chikungunya, and Zika infections.
Using cutting edge single-cell techniques, the researchers analyzed more than 8,500 individual immune cells to see exactly which genes were switched on in each cell and identify specific molecular markers for each unique cell type. The team discovered there were at least twice as many types of immune cells than had previously been seen and used the markers to find and quantify these cells in circulation or on the gut and other parts of the mosquito. They were then able to follow how Anopheles mosquitoes and their immune cells reacted to infection with the Plasmodium parasite.
“We profiled the transcriptomes of 8,506 hemocytes of Anopheles gambiae and Aedes aegypti mosquito vectors,” the authors wrote. “Our data reveal the functional diversity of hemocytes, with different subtypes of granulocytes expressing distinct and evolutionarily conserved subsets of effector genes. A previously unidentified cell type in An. gambiae, which we term “megacyte,” is defined by a specific transmembrane protein marker (TM7318) and high expression of lipopolysaccharide-induced tumor necrosis factor–α transcription factor 3 (LL3). Knockdown experiments indicate that LL3 mediates hemocyte differentiation during immune priming. We identify and validate two main hemocyte lineages and find evidence of proliferating granulocyte populations.”
Interestingly, a previous study from the NIH team had shown that a process called immune priming could limit the ability of mosquitoes to transmit malaria, by activating the mosquito immune system to successfully fight the parasite. In this study, the researchers discovered that one of the newly discovered immune cell types had high levels of a key molecule needed for immune priming and could be involved in that process.
“We discovered a rare but important new cell type we called a megacyte, which could be involved in immune priming, and which appears to switch on further immune responses to the Plasmodium parasite,” noted co-senior study investigator Oliver Billker, PhD, a former senior group leader at the Wellcome Sanger Institute and now based at Molecular Infection Medicine Sweden, Umeå University. “This is the first time a specific mosquito cell type has been implicated in regulating the control of malaria infection and is a really exciting discovery. We now need to carry out further studies to validate this and better understand these cells and their role.”
Finally, the researchers showed that specific types of immune cell—granulocytes—increased in number in response to infection and revealed that some of these could develop into other immune cells. They also discovered that immune cells in the mosquito’s gut and other tissues are actively recruited into the circulation to fight infections after lying dormant on the mosquito fat body.
“The team has created the first mosquito immune cell atlas, to shed light on how mosquito immune systems fight infections. Mosquitos appear to have a sweet spot of immunity to parasites like malaria, with enough immunity to the infection that it doesn’t kill the mosquito but not enough to remove the parasite, concluded study co-author Sarah Teichmann, PhD, a group leader at the Wellcome Sanger Institute. “This atlas offers a vital resource for further research, which could reveal ways to modify the mosquito immune response to break the chain of disease transmission.”
ITALIANO
Un gruppo internazionale di scienziati guidati da ricercatori del Wellcome Sanger Institute e del NIH ha creato il primo atlante cellulare delle cellule immunitarie delle zanzare per capire come gli insetti combattono la malaria e altre infezioni trasmesse dalle zanzare. La zanzara ospite è essenziale affinché il parassita della malaria completi il suo ciclo di vita, quindi qualsiasi interruzione ridurrebbe drasticamente la trasmissione di una delle malattie più mortali del mondo.
I risultati del nuovo studio - pubblicato di recente su Science attraverso un articolo intitolato "Mosquito cellular immunity at single-cell resolution" - hanno discusso la scoperta di nuovi tipi di cellule immunitarie delle zanzare, incluso un raro tipo di cellula che potrebbe essere coinvolto nel limitare l'infezione della malaria. Gli autori hanno anche identificato percorsi molecolari implicati nel controllo del parassita della malaria.
"Abbiamo condotto la prima indagine su larga scala del sistema immunitario delle zanzare e, utilizzando la tecnologia di sequenziamento a cellula singola, abbiamo trovato tipi di cellule immunitarie e stati cellulari che non erano mai stati visti prima", ha spiegato il ricercatore capo dello studio Gianmarco Raddi, PhD, ricercatore post-dottorato presso il Wellcome Sanger Institute. "Abbiamo anche esaminato le zanzare infettate dal parassita Plasmodium e, per la prima volta, siamo in grado di studiare la loro risposta immunitaria in dettaglio molecolare e identificare quali cellule e percorsi erano coinvolti".
La malaria è una malattia pericolosa per la vita che colpisce oltre 200 milioni di persone in tutto il mondo e ha causato circa 405.000 decessi nel solo 2018, la maggior parte dei quali erano bambini sotto i cinque anni. È causato dai parassiti del Plasmodium, che si diffondono attraverso i morsi delle zanzare femmine Anopheles. Rompere la catena di trasmissione dalla zanzara all'uomo è la chiave per ridurre il peso della malaria.
I risultati dello studio attuale offrono opportunità per scoprire nuovi modi per impedire alle zanzare di diffondere il parassita della malaria agli esseri umani e potenzialmente eliminare la trasmissione della malaria. L'atlante sarà anche una risorsa preziosa per i ricercatori che cercano di comprendere e controllare altre malattie trasmesse dalle zanzare come la Dengue o la Zika.
Il sistema immunitario delle zanzare controlla come l'insetto può tollerare o trasmettere parassiti o virus; tuttavia, si sa poco sugli esatti tipi di cellule coinvolti. In questo primo studio approfondito sulle cellule immunitarie delle zanzare, un gruppo di ricercatori ha studiato due tipi di zanzare: Anopheles gambiae, che trasmette la malaria, e Aedes aegypti, che trasporta i virus che causano infezioni da Dengue, Chikungunya e Zika.
Utilizzando tecniche monocellulari all'avanguardia, i ricercatori hanno analizzato più di 8.500 singole cellule immunitarie per vedere esattamente quali geni sono stati attivati in ogni cellula e identificare specifici marcatori molecolari per ogni tipo di cellula unico. Il gruppo ha scoperto che c'erano almeno il doppio dei tipi di cellule immunitarie rispetto a quelli visti in precedenza e ha utilizzato i marcatori per trovare e quantificare queste cellule in circolazione o nell'intestino e in altre parti della zanzara. Sono stati quindi in grado di seguire la reazione delle zanzare anofele e delle loro cellule immunitarie all'infezione con il parassita Plasmodium.
"Abbiamo profilato i trascrittomi di 8.506 emociti di vettori di zanzare Anopheles gambiae e Aedes aegypti", hanno scritto gli autori. “I nostri dati rivelano la diversità funzionale degli emociti, con diversi sottotipi di granulociti che esprimono sottoinsiemi distinti e conservati in modo evolutivo di geni effettori. Un tipo di cellula precedentemente non identificato in An. gambiae, che chiamiamo "megacita", è definita da uno specifico marker proteico transmembrana (TM7318) e da un'elevata espressione del fattore di necrosi tumorale indotta da lipopolisaccaridi - fattore di trascrizione 3 (LL3). Esperimenti di atterramento indicano che LL3 media la differenziazione degli emociti durante l'adescamento immunitario. Identifichiamo e convalidiamo due principali linee di emociti e troviamo prove di proliferazione di popolazioni di granulociti ".
È interessante notare che un precedente studio del gruppo NIH aveva dimostrato che un processo chiamato innesco immunitario potrebbe limitare la capacità delle zanzare di trasmettere la malaria, attivando il sistema immunitario delle zanzare per combattere con successo il parassita. In questo studio, i ricercatori hanno scoperto che uno dei tipi di cellule immunitarie scoperti di recente aveva alti livelli di una molecola chiave necessaria per l'adescamento immunitario e potrebbe essere coinvolto in quel processo.
"Abbiamo scoperto un nuovo tipo di cellula raro ma importante che abbiamo chiamato megacita, che potrebbe essere coinvolto nell'innesco immunitario e che sembra attivare ulteriori risposte immunitarie al parassita Plasmodium", ha osservato il ricercatore dello studio co-senior Oliver Billker, PhD, a ex capogruppo senior presso il Wellcome Sanger Institute e ora con sede presso Molecular Infection Medicine Sweden, Umeå University. “Questa è la prima volta che uno specifico tipo di cellula di zanzara è stato implicato nella regolazione del controllo dell'infezione della malaria ed è una scoperta davvero entusiasmante. Ora dobbiamo svolgere ulteriori studi per convalidare questo e comprendere meglio queste cellule e il loro ruolo ".
Infine, i ricercatori hanno dimostrato che i tipi specifici di cellule immunitarie, i granulociti, sono aumentati di numero in risposta alle infezioni e hanno rivelato che alcuni di questi potrebbero svilupparsi in altre cellule immunitarie. Hanno anche scoperto che le cellule immunitarie nell'intestino della zanzara e in altri tessuti vengono attivamente reclutate nella circolazione per combattere le infezioni dopo essere state dormienti sul corpo grasso della zanzara.
“Il gruppo ha creato il primo atlante delle cellule immunitarie delle zanzare, per far luce su come i sistemi immunitari delle zanzare combattono le infezioni. Le zanzare sembrano avere un punto debole di immunità ai parassiti come la malaria, con un'immunità sufficiente all'infezione che non uccide la zanzara ma non abbastanza da rimuovere il parassita, ha concluso la coautrice dello studio Sarah Teichmann, PhD, leader del gruppo presso il Wellcome Sanger Institute. "Questo atlante offre una risorsa vitale per ulteriori ricerche, che potrebbero rivelare modi per modificare la risposta immunitaria delle zanzare per interrompere la catena di trasmissione della malattia".
Da:
Commenti
Posta un commento