Caracterización celular, molecular y metabólica de la pared quística del cisticerco racemoso de Taenia solium

Abstract

La neurocisticercosis racemosa es una enfermedad agresiva causada por la expansión y proliferación aberrante de la membrana del quiste de Taenia solium dentro del espacio subaracnoideo del cerebro humano causando un efecto masa en el tejido nervioso e inflamación crónica. Considerando que el crecimiento es consecuencia de la proliferación de la pared quística del parásito, no existe evidencia directa reportada que apoye este postulado. Cestodes caracterizados por ser altamente proliferativos presentan un tipo de células totipotentes indiferenciadas denominadas células germinativas y se ha demostrado su participación en el crecimiento y desarrollo de los quistes. Se piensa que las células germinativas serían las responsables del desarrollo y crecimiento anormal del quiste racemoso. En este trabajo, caracterizamos parcialmente la pared quística del cisticerco racemoso de T. solium y demostramos la presencia de células proliferativas, estas células están ausentes en la pared quística del cisticerco vesicular. Las células proliferativas presentan una morfología similar a las células germinativas descritas en otros cestodes y expresan altos niveles de la proteína quinasa tipo polo 1 (plk1). Establecimos un sistema de cultivo in vitro de células proliferativas y demostramos que las células aisladas de quistes racemosos son sensibles a la acción de la hormona insulina. Adicionalmente, evaluamos puntualmente la vía de las proteínas quinasas activadas por mitógenos (MAPK) y demostramos que en los quistes racemosos presentan esta vía activada (fosforilada). Procedimos a evaluar in vitro e in vivo la acción anti-proliferativa de la droga metformina empleando el sistema de cultivo celular y el modelo murino de cisticercosis con Taenia crassiceps. Observamos que la metformina disminuye la proliferación celular reduciendo los niveles de fosforilación de la quinasa regulada por señales extracelulares 1/2 (ERK 1/2). Finalmente, evaluamos el metabolismo del hierro del parásito y observamos en la pared quística del cisticerco racemoso depósitos de hierro. Adicionalmente, los niveles de expresión de dos proteínas de unión a hierro (ferritina y melanotransferrina) y la ribonucleótido reductasa se encuentran sobre-expresados en la forma racemosa. Estos resultados confirman que el quiste racemoso presenta características celulares, moleculares y metabólicas únicas, estrechamente ligadas a la presencia de células germinativas en su pared quística. Las células germinativas constituyen un novedoso blanco terapéutico que puede permitir la evaluación de nuevos fármacos para el tratamiento de la neurocisticercosis racemosa.

Racemose neurocysticercosis is an aggressive disease caused by the aberrant expansion of the cyst form of Taenia solium within the subarachnoid space of the human brain and spinal cord resulting in a mass effect and chronic inflammation. Although expansion is likely caused by the proliferation and growth of the parasite bladder wall, there is little direct evidence of the mechanisms that underlie these processes. Studies in highly proliferative cestodes demonstrate the participation of undifferentiated totipotent cells called germinative cells in the growth and development of cysts. Germinative cells would be responsible for the abnormal growth and development of the racemose cyst. In this work, we partially characterize the bladder wall of the racemose cyst of T. solium and demonstrate the presence of proliferative cells. These cells are absent in the bladder wall of the vesicular cyst. Proliferative cells present morphology similar to germinative cells described in other cestodes and express high levels of polo like kinase 1 (plk1). We established an in vitro culture system of proliferative cells and demonstrated that cells isolated from racemose cysts are sensitive to the action of the hormone insulin. In addition, we evaluated the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway and demonstrated that the racemose cysts have active (phosphorylated) this pathway. We proceeded to evaluated in vitro and in vivo the anti-proliferative action of the drug metformin using the cell culture system and the murine model of cysticercosis with Taenia crassiceps. We observed that metformin decreases cell proliferation by reducing the phosphorylation levels of extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK 1/2). Finally, we evaluated the iron metabolism of the parasite and observed iron deposits in the bladder wall of the racemose cyst. Additionally, the expression levels of two iron-binding proteins (ferritin and melanotransferrin) are overexpressed in the racemose form. These results confirm that the racemose presents unique cellular, molecular and metabolic characteristics, closely linked to the presence of germinative cells in the bladder wall. Germinative cells constitute a novel therapeutic target that may allow the evaluation of new drugs for the treatment of racemose neurocysticercosis.