Indagare sul Ruolo di REL2 nell'Immunità delle Zanzare

Le zanzare sono conosciute per trasmettere malattie, tra cui la malaria, che rappresenta una minaccia per la salute umana. Uno dei protagonisti del sistema immunitario delle zanzare è una proteina chiamata REL2. Questa proteina aiuta le zanzare a combattere batteri e parassiti della malaria. Capire come funziona REL2 potrebbe aiutare a trovare modi per controllare la diffusione della malaria.

#Cos'è REL2?

REL2 è simile a una proteina trovata nelle mosche della frutta chiamata Relish. Nelle zanzare, REL2 viene attivata in risposta a patogeni come batteri e malaria. Quando una zanzara incontra una minaccia, REL2 avvia una serie di azioni che portano alla produzione di peptidi antimicrobici (AMP). Questi AMPS sono fondamentali per aiutare la zanzara a difendersi dalle infezioni.

#Come funziona REL2

REL2 esiste in due forme: REL2-F e REL2-S. REL2-F è la versione più lunga e contiene parti che impediscono di entrare nel nucleo della cellula, dove svolge il suo lavoro. Quando REL2-F viene scisso, rilascia una sezione chiamata dominio di omologia Rel (RHD), permettendole di muoversi nel nucleo. Al contrario, REL2-S è una versione più corta che manca di alcune di queste parti, ma il suo ruolo esatto non è ancora ben compreso.

Quando la zanzara rileva patogeni, viene attivato un processo chiamato via Imd. Questa via attiva REL2, che poi lavora per aumentare la produzione di AMPs e altri fattori immunitari.

#Gli effetti dell’inibizione di Caspar

Caspar è una proteina che di solito funge da regolatore negativo della via Imd, il che significa che può rallentare la risposta immunitaria. La ricerca ha dimostrato che quando Caspar viene silenziato, ha un impatto significativo sulla capacità delle zanzare di combattere la malaria. Questo effetto è stato osservato in diversi tipi di zanzare Anopheles, note per trasmettere la malaria.

Al contrario, quando REL2 viene espresso in alcuni tessuti delle zanzare, potenzia la produzione di proteine di difesa come defensine e cecropine, riducendo la suscettibilità ai parassiti della malaria.

#Modificare le popolazioni di zanzare

Basandosi su studi precedenti, i ricercatori volevano vedere se aumentare i livelli di REL2-S nel midgut delle zanzare dopo un pasto di sangue potesse aiutare ad eliminare la malaria. Hanno cercato di utilizzare una tecnica chiamata Integral Gene Drive (IGD) per diffondere questo tratto nelle popolazioni di zanzare. L'idea era di incorporare REL2-S e una guida RNA nel genoma delle zanzare per consentire all'enzima Cas9, che può tagliare il DNA, di facilitare questo cambiamento.

I ricercatori hanno precedentemente dimostrato di poter modificare il genoma delle zanzare in modo efficace con effetti negativi minimi sulla fitness. Nonostante queste aspettative, i loro risultati hanno indicato che semplicemente sovraesprimere REL2 nel midgut non è una strategia praticabile per alterare le popolazioni di zanzare. Questo era dovuto in parte a una mancanza di una forte risposta immunitaria e solo a effetti moderati sui tassi di infezione da malaria.

#Creazione di zanzare transgeniche

Per studiare gli effetti di REL2, i ricercatori hanno creato una linea transgenica di zanzare Anopheles gambiae che sovraesprimono REL2-S. Hanno fatto questo inserendo REL2-S in un gene ospite specifico chiamato CP, noto per essere attivamente espresso nel midgut dopo un pasto di sangue. La modifica mirava a garantire che REL2-S potesse essere prodotto quando le zanzare si nutrivano.

Quando i ricercatori hanno effettuato test genetici, hanno confermato che gli individui transgenici esprimevano effettivamente REL2-S nelle loro cellule intestinali.

#Osservazione della localizzazione della proteina

Poiché CP è noto per essere attivo nel midgut, i ricercatori hanno ipotizzato che REL2-S si trovasse anche in quest'area. Hanno utilizzato una tecnica chiamata immunofluorescenza per visualizzare la localizzazione di REL2-S. I loro risultati hanno mostrato una forte espressione nucleare di REL2-S nelle cellule intestinali delle zanzare che avevano recentemente mangiato, confermando che era localizzato correttamente come previsto.

#Esaminando i tratti fenotipici

I ricercatori hanno valutato come le zanzare REL2-CP transgeniche si confrontassero con le zanzare selvatiche (WT) in termini di riproduzione e sopravvivenza. Hanno scoperto che la linea REL2-CP aveva una significativa riduzione nella produzione di uova, ma non mostrava un cambiamento notevole nel tasso di schiusa delle larve. Inoltre, i tassi di sopravvivenza erano più bassi per le femmine rispetto alle zanzare WT.

Quando i ricercatori hanno testato la linea REL2-CP per l'infezione con il parassita della malaria P. falciparum, hanno notato una diminuzione nel numero di parassiti rispetto alle zanzare di controllo; tuttavia, questo cambiamento non era statisticamente significativo.

#Investigare il potenziale del gene drive

Per esplorare il potenziale del gene drive nelle zanzare modificate, i ricercatori hanno incrociato la linea REL2-CP con un'altra linea che portava l'enzima Cas9. La prole di questi incroci mostrava alti tassi di eredità per la modifica REL2-CP, comparabili ad altre linee transgeniche di successo.

#Creazione di una linea knockout CP

Per identificare il ruolo del gene CP stesso nei cambiamenti osservati, è stata creata un'altra linea di zanzare in cui il gene CP è stato eliminato. Contrariamente alle aspettative, questa linea knockout non mostrava svantaggi significativi di fitness rispetto al controllo.

I risultati indicavano che la proteina CP potrebbe non essere critica per la sopravvivenza della zanzara, suggerendo che i costi di fitness associati alla linea REL2-CP erano principalmente legati all'espressione di REL2 e non a livelli ridotti di CP.

#Ampi cambiamenti trascrizionali dopo il pasto di sangue

Quando i ricercatori hanno esaminato l'espressione genica nelle zanzare REL2-CP dopo che si erano nutrite, hanno scoperto che REL2-S causava cambiamenti diffusi nell'attività genica. È stato confermato che REL2-S era effettivamente sovraespresso, portando a una significativa riduzione dell'espressione di CP.

Un gran numero di geni è stato upregolato o downregolato dopo il pasto, indicando che REL2-S aveva effetti sostanziali sulla biologia della zanzara, che potrebbero influenzare la funzione immunitaria, il metabolismo e la riproduzione.

#Analisi dei geni correlati all'immunità

Nonostante i cambiamenti nell'espressione genica, i ricercatori hanno notato che l'upregolazione prevista dei geni correlati all'immunità non si era verificata come atteso. Sebbene alcuni geni immunitari fossero stati upregolati, molti non hanno risposto alla sovraespressione di REL2-S, portando alla conclusione che REL2 potrebbe agire come un repressore per alcuni di questi geni piuttosto che come un attivatore.

#Effetti sull'oogenesi

Il team di ricerca ha anche esaminato i geni legati allo sviluppo e alla produzione delle uova. Hanno trovato diversi geni collegati a questo processo che erano downregolati nelle zanzare REL2-CP. Questa downregolazione potrebbe spiegare il numero inferiore di uova prodotte da queste zanzare.

L'espressione dei geni associati al metabolismo dell'ormone giovanile, cruciale per la deposizione delle uova, è stata anche esaminata. Alcuni di questi geni erano upregolati dopo il pasto, suggerendo cambiamenti nella regolazione ormonale che potrebbero influenzare la riproduzione.

#Comprendere i meccanismi regolatori

Per ottenere informazioni su come REL2-S controlla l'espressione genica, i ricercatori hanno analizzato le regioni di DNA a monte dei geni influenzati da REL2. Hanno cercato fattori di trascrizione che potessero aiutare ad attivare o reprimere questi geni. Sono stati trovati diversi fattori noti per funzionare come repressori che erano upregolati in presenza di REL2-S, suggerendo una rete complessa in cui REL2-S potrebbe contribuire indirettamente alla repressione genica.

#Conclusione

I risultati di questo studio evidenziano la complessità di modificare le popolazioni di zanzare attraverso approcci genetici. Anche se REL2 ha il potenziale di migliorare l'immunità nelle zanzare, la sua sovraespressione non ha prodotto l'aumento atteso nella resistenza ai parassiti. Invece, ha portato a vari effetti negativi sulla riproduzione e sulla fitness. Ulteriori esplorazioni dei meccanismi in gioco saranno cruciali per capire come utilizzare efficacemente le modifiche genetiche nelle zanzare per il controllo della malaria.

La ricerca in corso si concentrerà sull'ottimizzazione degli approcci per migliorare le risposte immunitarie nelle zanzare, cercando di sviluppare strategie efficaci per ridurre la trasmissione della malaria mantenendo la fitness generale delle popolazioni di zanzare. Le interazioni tra risposte immunitarie, metabolismo e riproduzione saranno aree chiave per studi futuri nella lotta contro la malaria.