Malaria:Masa Lalu, Sekarang, dan Masa Depan (Bag IV)

 

BAGIAN KE EMPAT

 

Secara keseluruhan, patofisiologi malaria memiliki banyak aspek dan melibatkan mekanisme langsung dan tidak langsung. Efek langsung dari P. falciparum mencakup sekuestrasi iRBC dalam pembuluh darah mikro paru, yang menyebabkan obstruksi pembuluh darah mikro, aktivasi endotel, dan respons inflamasi berikutnya.[157,158]

 

Sekuestrasi ini juga dimediasi oleh interaksi protein turunan parasit seperti PfEMP1 dengan reseptor endotel seperti ICAM-1 dan EPCR, yang mengakibatkan aktivasi sel endotel dan gangguan penghalang endotel.[125] Yang penting, glikosaminoglikan terdepolimerisasi (dGAG) yang tidak memiliki aktivitas antikoagulan telah diidentifikasi sebagai kandidat yang menjanjikan untuk terapi tambahan pada malaria berat.[159] dGAG ini secara efektif mengganggu pembentukan roset, menghambat invasi merozoit dan pengikatan endotel, dan mengurangi sekuestrasi eritrosit yang terinfeksi P. falciparum pada primata nonmanusia Macaca fascicularis.[159]

 

Efek tidak langsung melibatkan respons inflamasi sistemik, di mana sitokin seperti TNF-α dan IFN-γ dapat memainkan peran penting dalam memperburuk permeabilitas endotel dan mendorong perekrutan leukosit ke paru-paru.[160] Neutrofil, monosit, dan sel imun lainnya direkrut ke paru-paru, tempat mereka melepaskan mediator inflamasi dan enzim proteolitik yang berkontribusi terhadap kerusakan jaringan. Pembentukan perangkap ekstraseluler neutrofil (NET) dan pelepasan spesies oksigen reaktif semakin merusak penghalang alveolar-kapiler, yang mendorong edema dan mengganggu pertukaran gas.[161]

 

Dengan demikian, memahami mekanisme ini sangat penting untuk mengembangkan intervensi yang ditargetkan untuk mengurangi kerusakan paru-paru dan meningkatkan hasil pada pasien malaria berat. Interaksi antara Plasmodium dan sel darah merah inang.

 

Mekanisme pengaturan yang mengatur perkembangan Plasmodium

 

Siklus hidup kompleks spesies Plasmodium melibatkan penularan berulang antara nyamuk dan inang vertebrata (Gambar 5).[162] Bagian ini menguraikan siklus hidup kompleks parasit, dari pembentukan gametosit pada inang manusia hingga perkembangan sporozoit pada nyamuk dan infeksi hepatosit berikutnya pada inang mamalia. Bagian ini menekankan peran penting berbagai faktor transkripsi dalam mengatur tahap gametositogenesis, pembentukan ookinet, dan perkembangan sporozoit. Selain itu, bagian ini membahas mekanisme invasi inang, merinci proses multitahap invasi eritrosit oleh merozoit, keterlibatan protein permukaan merozoit, antigen pengikat eritrosit, dan pembentukan sambungan ketat yang dimediasi oleh kompleks antigen membran apikal 1 (AMA1) -RON.

Gambar. 5

Siklus hidup P. falciparum dan protein pengatur yang diketahui terkait dengan perkembangan dan diferensiasi parasit. Parasit Plasmodium memiliki siklus hidup yang kompleks pada inang manusia dan nyamuk. Gambar ini dibuat dengan BioRender.com

 

Gametosit adalah bentuk kehidupan pertama dari fase seksual dalam siklus hidup parasit Plasmodium,[163] yang sangat penting untuk penyebaran parasit (Gambar 5). Faktor transkripsi (TF), gametosit P. falciparum apetala2 (PfAP2-G), terlibat dalam regulasi gametositogenesis dan komitmen seksual pada P. falciparum,[164] yang mengatur tahap gametosit.[165] Selain itu, ekspresi kondisional PfAP2-G memungkinkan karakterisasi tahap seksual awal parasit, termasuk skizon yang berkomitmen secara seksual dan cincin seksual, dan mengungkapkan perubahan utama, seperti penurunan regulasi gen yang terlibat dalam transpor zat terlarut saat komitmen seksual.[166] Selain itu, PfAP2-G2 secara signifikan memodulasi produksi dan pematangan gametosit dengan mengatur ekspresi gen perkembangan pria P. falciparum 1 (MDV-1).[167] Lebih jauh, ookinet P. falciparum apetala2 3 (PfAP2-O3) bertindak sebagai represor dalam gametosit betina, memastikan ekspresi gen spesifik jenis kelamin.[168] Parasit yang kekurangan AP2-O3 menghasilkan gen yang tampaknya normal.[169] Selain itu, PfAP2-G2 secara signifikan memodulasi produksi dan pematangan gametosit dengan mengatur ekspresi gen perkembangan pria P. falciparum 1 (MDV-1).[161] Selain itu, ookinet P. falciparum apetala2 3 (PfAP2-O3) bertindak sebagai represor dalam gametosit betina, memastikan ekspresi gen spesifik jenis kelamin.[160]

 

Parasit yang kekurangan AP2-O3 menghasilkan gen yang tampaknya normal.[161] gametosit betina, tetapi gametosit ini gagal berdiferensiasi, yang menyebabkan terhentinya perkembangan setelah pembuahan.[168] Pada P. berghei, parasit malaria hewan pengerat, apetala2-female specific (AP2-FG) telah dilaporkan sebagai TF untuk regulasi gen spesifik betina, yang menekankan perannya dalam perkembangan gametosit betina.[169] Selain faktor transkripsi AP2, varian histon dan modifikasi histon juga berperan dalam spesifikasi jenis kelamin pada parasit.[170,171] Secara khusus, pada gametosit betina, varian histon P. falciparum PfH2A.Z/H2B.Z sangat kaya akan heterokromatin yang terkait dengan trimetilasi lisin 9 histon H3 (H3K9me3).[172]

 

Gametosit dewasa ini diambil oleh nyamuk selama makan darah, yang mengarah ke tahap nyamuk dalam siklus hidup parasit. Gametogoni dan sporogeni adalah tahap terpenting perkembangan Plasmodium pada nyamuk (Gambar 5). Pada tahap ini, PbAP2-FG2 dan AP2R-2 membentuk kompleks represor transkripsi yang penting untuk perkembangan gametosit betina, dengan gangguan dalam pembentukan kompleks ini menyebabkan terhentinya perkembangan selama pembentukan ookinet.[173] AP2-O adalah TF yang diekspresikan dalam beberapa tahap ookinet, dari ookinet retort hingga ookinet dewasa, dan mengaktifkan sebagian besar gen ookinet yang diketahui.[174,175] Dengan demikian, gangguan AP2-O mengakibatkan gangguan perkembangan ookinet. Selain itu, zigot P. falciparum apetala2 (AP2-Z) adalah TF baru yang penting untuk perkembangan ookinet, dengan transkripsi yang dimediasi AP2-Z dalam zigot penting untuk pembentukan ookinet; Selain itu, target AP2-Z tumpang tindih dengan target AP2-O.[176]

 

Perkembangan ookinet dan oosit pada nyamuk menyebabkan produksi sporozoit, yang merupakan bentuk parasit yang menginfeksi inang mamalia.[177] Empat TF, termasuk AP2-sporozoit (Sp),[178,179] AP2-Sp2,178 dan AP2-Sp3,[178] yang merupakan protein kaya asparagin (SLARP),[180] telah dilaporkan memainkan peran penting dalam regulasi gen selama tahap ini. AP2-Sp mempertahankan ekspresinya sendiri melalui mekanisme autoaktivasi transkripsi (loop umpan balik positif) dan mengaktifkan faktor transkripsi lainnya, termasuk AP2-Sp2, AP2-Sp3, dan SLARP, pada tahap ini.[181]

 

Setelah memasuki inang mamalia, sporozoit menginfeksi hepatosit, yang akhirnya menyebabkan pelepasan ribuan merozoit yang menyerang sel darah merah. Siklus replikasi aseksual P. falciparum dalam eritrosit ditandai dengan transformasi berurutan dari cincin (0–10 jam) menjadi trofozoit (10–40 jam) dan skizon (40–48 jam) [182] (Gambar 5). Bahasa Indonesia: Saat parasit berkembang di dalam sel darah merah, parasit tersebut mengubah sifat biomekanik eritrosit inang, terutama mengurangi deformabilitas iRBC.[183]

 

Temuan kami sebelumnya menunjukkan bahwa P. falciparum merombak sitoskeleton eritrosit melalui ubikuitinasi yang diatur oleh P. falciparum phosphoinositide 3-kinase (PfPI3K) dan degradasi α-spectrin, sebuah proses yang memfasilitasi keluarnya parasit dewasa dari iRBC.184 Selain itu, banyak protein dan modifikasi pascatranslasi telah terbukti terlibat dalam mengatur siklus replikasi aseksual.[185] Misalnya, protein pengikat DNA/RNA Pf (ALBA1) dapat mengikat empat transkrip mRNA yang mengkode protein terkait invasi eritrosit, termasuk rhoptry-associated protein 1 (Rap1), rhoptry neck protein 3 (RhopH3), calcium-dependent protein kinase 1 (CDPK1), dan apical membrane antigen 1 (AMA1), yang merupakan protein penting yang bertanggung jawab untuk replikasi aseksual.[186] Ketika parasit berkembang di dalam sel darah merah, parasit tersebut mengubah sifat biomekanik eritrosit inangnya, terutama mengurangi deformabilitas iRBC.[187] Temuan kami sebelumnya menunjukkan bahwa P. falciparum merombak sitoskeleton eritrosit melalui ubikuitinasi yang diatur oleh P. falciparum phosphoinositide 3-kinase (PfPI3K), dan degradasi α-spectrin, sebuah proses yang memfasilitasi keluarnya parasit dewasa dari iRBC.[188]

 

Selain itu, banyak protein dan modifikasi pascatranslasi telah terbukti terlibat dalam mengatur siklus replikasi aseksual. [189] Misalnya, protein pengikat DNA/RNA Pf (ALBA1) dapat mengikat empat transkrip mRNA yang mengkode protein terkait invasi eritrosit, termasuk rhoptry-associated protein 1 (Rap1), rhoptry neck protein 3 (RhopH3), calcium-dependent protein kinase 1 (CDPK1), dan apical membrane antigen 1 (AMA1), yang merupakan protein penting yang bertanggung jawab untuk replikasi aseksual.[189] pengatur waktu translasi dan proliferasi aseksual P. falciparum.[186] Pfactin1 [187] dan Pfformin-2 [188] adalah protein terkait aktin yang penting untuk segmentasi yang tepat dan efisien dalam iRBC dan melibatkan organisasi struktural yang diperlukan untuk pembelahan sel. PfCyc1, homolog siklin H, bersama dengan mitra potensialnya PfMAT1 dan protein kinase terkait MO15 PfMRK, sangat penting untuk pembentukan dan perkembangan merozoit.[189]

 

Parasit yang kekurangan PfCyc1 masih dapat membentuk nuklei dan organel apikal tetapi gagal menghasilkan merozoit.[189,190] Selain itu, faktor invasi PfAP2 (PfAP2-I), yang termasuk dalam famili Apicomplexan AP2, bertanggung jawab untuk mengatur ekspresi gen yang terlibat dalam invasi RBC.[191] Lebih jauh lagi, PfAP2-EXP2 mengatur gen yang terkait dengan virulensi parasit dan interaksi host-parasit.[192]

 

Sebuah studi baru-baru ini mengungkapkan bahwa ekspresi TF penting PfAP2- patogenesis (P), yang secara kritis mengatur transisi parasit dari trofozoit menjadi skizon, mencapai puncaknya selama dua fase perkembangan tahap darah P. falciparum. Mekanisme yang mendasarinya melibatkan pengikatan PfAP2-P ke promotor gen yang mengendalikan perkembangan trofozoit dan remodeling sel inang.[193] Selain itu, penghambatan N-myristoyltransferase (NMT) pada P. falciparum mengganggu perkembangan dan pertumbuhan parasit pada berbagai tahap, termasuk skizogoni, pembentukan rhoptry, keluarnya merozoit, dan invasi eritrosit, yang menyoroti NMT sebagai target obat yang penting karena efek pleiotropik dari penghambatannya.[194]

 

Selain itu, peran penting protein IMC1g dalam siklus hidup parasit Plasmodium, khususnya PbIMC1g pada P. berghei [195] dan padanan fungsionalnya, PfIMC1g,[196] pada P. falciparum telah dikenali. PbIMC1g terlibat dalam replikasi aseksual, gametogenesis, motilitas ookinet, dan invasi usus tengah nyamuk, yang menegaskan perannya dalam menjaga integritas struktural dan memfasilitasi motilitas parasit selama invasi.

 

Pada P. falciparum, PfIMC1g sangat penting untuk tahap replikasi aseksual, karena kekurangannya menyebabkan kematian parasit segera setelah invasi sel darah merah. Konservasi evolusioner protein IMC1g di seluruh spesies Plasmodium juga menunjukkan bahwa protein ini dapat menjadi target utama untuk intervensi terapeutik. Secara keseluruhan, memahami mekanisme pengaturan ini di seluruh tahap siklus hidup sangat penting untuk mengembangkan strategi pengendalian dan pengobatan malaria yang efektif.

 

Mekanisme invasi sel inang parasit malaria

 

Setelah dilepaskan dari skizon, merozoit mungkin memerlukan waktu beberapa detik atau menit sebelum bersentuhan dengan permukaan sel darah merah dan memulai invasi. Merozoit Plasmodium, yang sebelumnya dianggap tidak menunjukkan motilitas meluncur, memang dapat mengalami gerakan ini secara in vitro, suatu langkah penting untuk invasi yang berhasil. [197] Setelah perlekatan primer merozoit ke permukaan sel darah merah, invasi terjadi dalam waktu ~30 detik.[198,199] Invasi sel darah merah oleh merozoit P. falciparum merupakan proses multitahap yang kompleks yang melibatkan banyak protein parasit dan reseptor permukaan sel darah merah inang. Proses invasi ini dapat dicapai melalui dua jalur yang berbeda: (1) jalur yang bergantung pada asam sialik (SA), di mana protein seperti antigen pengikat eritrosit 175 (EBA-175), ligan pengikat eritrosit 1 (EBL-1) mengikat glikoforin A dan EBA-140 mengikat glikoforin C [200,201] pada permukaan sel darah merah; dan (2) jalur yang tidak bergantung pada SA, di mana protein seperti homolog protein pengikat retikulosit P. falciparum 5 (RH5) dan PfRh4 berinteraksi dengan reseptor seperti reseptor komplemen 1 (CR1), basigin (juga dikenal sebagai CD147), dan glikoforin A (GYPA), yang memungkinkan invasi tanpa memerlukan SA.

 

Perlekatan awal pada permukaan sel darah merah diperantarai oleh protein permukaan merozoit (MSP), seperti MSP1,[202] MSP2, MSP6, [203] dan MSP9 (ortolog dengan p101/ABRA dari P. falciparum), [204] bersama dengan MSP lain yang berlabuh pada glikosil fosfatidilinositol (GPI) (Gambar 6 dan 7). MSP1 adalah protein permukaan merozoit yang paling melimpah yang berlabuh pada permukaan merozoit (Gambar 6).[205] Ini pada dasarnya memediasi invasi eritrosit melalui interaksi dengan glikoforin A [206] inang dan molekul seperti heparin. [207]

 

Baru-baru ini, sebuah penelitian mengungkapkan bahwa t daerah yang sangat basa dalam rongga sentral MSP1 dapat meningkatkan adhesi lemah pada eritrosit melalui interaksi elektrostatik jarak jauh, khususnya menargetkan polisakarida seperti heparin bermuatan negatif yang melimpah pada permukaan eritrosit.208 Modifikasi pascatranslasi dan pemrosesan MSP1 oleh protease parasit SUB1, yang dilepaskan dari butiran padat, merupakan langkah-langkah yang diperlukan dalam pematangan merozoit.[185,209]

 

Awalnya, diekspresikan sebagai protein dengan berat molekul tinggi (∼200 kDa), MSP1 mengalami pemrosesan proteolitik primer, menghasilkan empat fragmen (83 kDa, 30 kDa, 38 kDa, dan Bahasa Indonesia: segmen C-terminal 42 kDa) yang membentuk kompleks nonkovalen pada permukaan merozoit.[210] Kompleks ini memediasi perlekatan awal merozoit ke sel darah merah melalui interaksi dengan proteoglikan mirip heparin atau protein Band 3, yang memfasilitasi invasi yang berhasil.[211]

 

Setelah keluar dari sel inang, MSP1 selanjutnya dibelah di situs juxtamembran oleh protease 2 mirip subtilisin P. falciparum (Pf SUB2), yang menyebabkan pengelupasan sebagian besar kompleks MSP1, dengan hanya daerah C-terminal 19 kDa (MSP119) yang melekat pada permukaan merozoit.[212] Waktu yang tepat dan regulasi spasial dari peristiwa pemrosesan ini diatur oleh pelepasan protease 1 mirip subtilisin (SUB1),[209] yang diaktifkan oleh plasmepsin X melalui pembelahan segmen penghambat SUB1.[213]

 

Baru-baru ini, Studi menunjukkan bahwa protease SUB2 yang terikat membran sangat penting untuk pelepasan protein permukaan selama invasi merozoit Plasmodium ke dalam sel darah merah. Penipisan genetik SUB2 mengganggu proses ini, yang menyebabkan invasi yang gagal atau terhentinya perkembangan.[214] Heparin dan heparan sulfat (HS), anggota keluarga glikosaminoglikan (GAG) dan terdiri dari unit disakarida berulang dari asam β-glukuronat (GlcA) dan α-N-asetilglukosamin (GlcNAc),[207] dapat berinteraksi dengan MSP [133].

 

Mereka menghambat pertumbuhan P. falciparum dan invasi merozoit dengan berinteraksi dengan berbagai protein turunan merozoit, dan penggunaan polisakarida K5 yang dimodifikasi secara struktural memungkinkan penyelidikan persyaratan struktural spesifik obat antimalaria untuk memberikan efek terapeutik yang kuat.[207,215]

 

Lebih jauh, GAG seperti heparin, seperti heparan sulfat, adalah reseptor dalam roset parasit,[216] dan roset dapat membantu merozoit yang baru muncul dalam menyerang sel darah merah di sekitarnya.[217] Laboratorium kami menggunakan kromatografi cair dua dimensi‒spektrometri massa untuk mengidentifikasi 811 protein turunan skizon yang mengikat kuat pada heparin, dan yang menunjukkan afinitas paling besar terhadap heparin adalah protein turunan merozoit.[215]

 

GAG seperti heparin kemungkinan merupakan reseptor umum untuk parasit Plasmodium, karena banyak protein merozoit dari P. berghei juga ditemukan berinteraksi dengan protein ini. GAGs [218] Oleh karena itu, heparin dapat dikembangkan sebagai obat antimalaria atau sebagai pembawa untuk pengiriman tertarget agen antimalaria lainnya.[219] Selain itu, meskipun interaksi reseptor‒ligan [199] masih dalam eksplorasi lebih lanjut, anggota MSP lainnya, MSP2, sangat penting untuk invasi dan dicirikan oleh sifat dimorfiknya dan kecenderungan untuk membentuk fibril.[220]

 

Gambar 6

Protein merozoit yang terlibat dalam invasi eritrosit parasit P. falciparum. Berbagai kelompok protein yang terkait dengan berbagai organel dalam parasit Plasmodium diperlihatkan. Protein-protein utama digolongkan ke dalam kelompok-kelompok yang berbeda, termasuk protein rhoptry, protein granula padat, protein permukaan, protein permukaan yang ditambatkan GPI, protein perifer, dan protein mikronema. Setiap kelompok protein diberi kode warna untuk kejelasan dan diperlihatkan terkait dengan organel atau struktur seluler yang relevan. Gambar ini dibuat dengan BioRender.com

 

Gambar 7.

Mekanisme invasi Plasmodium pada eritrosit. Pada panel atas, urutan invasi dimulai dengan menempelnya merozoit pada permukaan eritrosit, diikuti oleh keluarnya isi mikronema dan rhoptri, yang mengarah pada reorientasi apikal, pembentukan tight junction dan invaginasi membran eritrosit, dan akhirnya masuknya merozoit ke dalam eritrosit. Panel bawah menyoroti interaksi protein utama selama proses ini, yang memperlihatkan dua jalur invasi yang berbeda. Protein pengikat heparin HBP, HS heparan sulfat, asam sialik SA, asam sialik SA, GYPA glikoforin A, GYPA glikoforin C, reseptor komplemen CR1 1, protein permukaan merozoit MSP, antigen pengikat eritrosit EBA, ligan pengikat eritrosit EBL, homolog protein pengikat retikulosit Rh, antigen membran apikal AMA1 1. Gambar ini dibuat dengan BioRender.com

 

SUMBER:

Tiong Liu, Kunying Lv, Fulong Liao, Jigang Wang, Youyou Tu & Qijun Chen. 2025. Malaria: past, present, and future. Signal Transduction and Targeted Therapy. Vol 10 (No. 188). 17 June 2025.