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新發現:中國科學家發現瘧疾傳播的核心調控因子


  市場動態     |      2021-08-24
在連續三年保持零本土瘧疾病例后,中國在去年向世界衛生組織(WHO)申請了無瘧疾認證,日前,WHO正式宣布中國成為全世界第40個消滅瘧疾的國家,這無疑是一個偉大的成就。
然而,放眼全球,瘧疾仍然是全世界范圍內的面臨的主要公共衛生問題,每年記錄在案的瘧疾感染病例超過2億,死亡人數達40萬,其中大多數是兒童。在全球范圍內去除瘧疾,仍然任重而道遠。
瘧疾的病原體為瘧原蟲,瘧原蟲的生長需要人和按蚊兩個宿主,只有成熟的配子體才能通過按蚊傳播,所以瘧原蟲的配子生殖是瘧疾傳播的關鍵環節。迄今為止,人們已經陸續發現了一些參與瘧原蟲配子生殖的重要調控因子如AP2-G, GDV1等,但是對于該過程的核心調控網絡仍所知甚少。
2021年8月8日,同濟大學和江蘇省寄生蟲病防治研究所聯合研究,在國際期刊 Nucleic Acids Resreach上在線發表了題為“A cascade oftranscriptional repression determines sexual commitment and development inPlasmodium falciparum ”的文章,揭示了瘧疾傳播的核心調控因子。
DOI:https://hub.pubmedplus.com/10.1093/nar/gkab683
DOI:https://hub.pubmedplus.com/10.1093/nar/gkab683
首先,研究團隊利用CRISPR-Cas9基因編輯技術對惡性瘧原蟲ApiAp2轉錄調控因子家族(人類和嚙齒動物瘧疾寄生蟲性行為的主要調控因子)開展了系統的基因敲除和配子體生成能力的篩選。實驗結果表明,一株基因敲除株PF3D7 1139300(在此命名為pfap2-g5)與親本菌株相比,pfap2-g mRNA豐度顯著增加,但配子細胞產生嚴重缺陷,并通過反復敲除和恢復PfAP2-G5基因水平,證實PfAP2-G5不僅是配子細胞轉化所必需的,也是配子細胞發育所必需的。
用于配子體生產的 ApiAP2 家族的功能篩選
用于配子體生產的 ApiAP2 家族的功能篩選
隨后,研究人員對PfAP2-G5進行了功能及機制研究,通過染色質免疫共沉淀和差異轉錄組分析等實驗,鑒定了PfAP2-G5的靶基因及調控機制,結果表明:PfAP2-G5可以通過與上游區域和外顯子基因體結合抑制pfap2-g(瘧原蟲性轉換關鍵基因)基因的轉錄活性,外顯子基因體與維持局部異染色質結構有關,從而阻止性行為的發生,使瘧原蟲無法進行性轉換,只能在體內進行無性復制。
PfAP2-G5抑制pfap2-g基因的轉錄活性
PfAP2-G5抑制pfap2-g基因的轉錄活性
研究人員還通過實驗證明PfAP2-G5對早期配子細胞的發育也起著重要的作用,在瘧原蟲性轉換G0階段,PfAP2-G能夠上調PfAP2-G5以及其他靶基因,使pfap2-g5在G0階段達到較大轉錄量,促進早期配子體的發育;但是,當瘧原蟲發育到G1階段時,PfAP2-G5能夠聯合PfAP2-G2,迅速抑制PfAP2-G及其靶基因,而這些早期配子體發育相關基因的快速關閉是配子體成熟的關鍵。
實驗機制圖
實驗機制圖
總之,本篇文章發現了PfAP2-G5在配子細胞發生中是不可缺少的。該因子通過與上游區域和外顯子基因體結合抑制pfap2-g基因的轉錄活性,從而阻止性行為的發生。進一步的分析表明,PfAP2-G5在配子細胞成熟過程中是必不可少的,并導致pfap2-g和一組在配子細胞發育之前被pfap2-g激活的早期配子細胞基因的下調??偟膩碚f,本研究揭示了瘧原蟲配子細胞產生的級聯調控,并為阻斷傳播干預提供了一個新的靶點。