マラリアの重症度におけるロゼッティングの役割
マラリアのロゼッティングは病気の重症度や免疫反応に影響を与える。
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ロゼッティングは、マラリア寄生虫に感染した赤血球が、未感染の赤血球とくっつくプロセスだよ。特に、プラスモジウムが関与していて、血液中のマラリア感染の無性段階で起こる現象なんだ。ロゼッティングは、P. ファルシパルム、P. ビバックス、P. オバレ、P. マラリアエなどのいろんなマラリア種でも観察されていて、マウスや霊長類に見られるマラリア寄生虫でも確認されてる。
ロゼッティングの変動性
マラリア寄生虫がロゼットを形成する能力はすごくバラつきがあるんだ。ある寄生虫株は、感染した赤血球の90%以上とロゼットを形成できるけど、他のものはほとんどロゼッティングが見られないこともある。この変動性は特にP. ファルシパルムのマラリアで重要なんだ。サブサハラアフリカの研究によると、重症マラリアの症例からの株は軽症のケースに比べて、ロゼッティングのレベルが高いことが多いんだ。これによって、ロゼッティングが病気の重症度に関わってるかもっていう考え方が出てきてる。
さらなる研究では、ロゼッティングは通常の血流条件下でも安定していて、感染した細胞の塊によって小さい血管が詰まることがわかってる。面白いことに、ロゼッティング能力を低下させる特定の血液型や遺伝子、例えばO型血や特定の受容体バリアントが、マラリアの多い地域でより一般的に見られるんだ。こういう特性を持ってる人は、重症マラリアからより守られることが多いから、ロゼッティングが寄生虫の危険度に関連してるって考えられるんだ。
ロゼッティングの始まり
ロゼッティングは、マラリア寄生虫が赤血球に侵入してから16〜20時間後に始まるんだ。この時、寄生虫は感染した細胞の表面にユニークなタンパク質を表現し始める。そのプロセスに関与する重要なタンパク質はPfEMP1って呼ばれてる。このタンパク質はいくつかの遺伝子から作られていて、異なるグループに分類できるんだ。これらの遺伝子のグループは重要で、重症マラリアを引き起こす株の多くが特定の遺伝子グループを使ってるんだ。
PfEMP1の構造は複雑で、マラリア寄生虫が赤血球に付着するのを可能にするいくつかの部分がある。このPfEMP1の部分は、その遺伝子の構成によってクラスやサブクラスに分けられる。特定のPfEMP1遺伝子群は特定の接着能力と関連していて、寄生虫が赤血球にくっつくのを助けてる。
ロゼッティングPfEMP1の変異体の特徴
今のところ、ロゼッティングがどう起こるかについての知識は、限られた数のPfEMP1変異体の研究から来てるんだ。ほとんどの変異体は重症マラリアに関連してる。寄生虫株のロゼッティング能力が上がるにつれて、病気の重症度も増すっていう驚くべき傾向が見られるんだ。
研究者たちは、ケニアのいくつかのマラリア寄生虫株を調べて、どれが高いロゼッティングを示すかを見たんだ。その中で、ほんの少しだけがロゼッティングを形成し、その中でもロゼッティングの度合いはバラバラだった。例えば、ある株は感染した赤血球の50%以上がロゼットを形成してたけど、他のものはほんの少ししか見られなかった。
ロゼッティングのメカニズム
研究によると、ロゼッティングは血中の抗体によって影響を受けることがわかってるんだ。一部のマラリア株は抗体に結合できて、これがPfEMP1の赤血球への結合力を高めてロゼッティングを助けてるみたい。この抗体に結合する能力は、より重症なマラリアと関連してるんだ。
PfEMP1がロゼッティングにおいて果たす役割を確認するために、感染した細胞をトリプシンというタンパク質分解酵素で処理したんだ。そうすると、これらの細胞がロゼットを形成する能力が大幅に減少して、ロゼッティングがPfEMP1に依存してることが確認できた。
ロゼッティング変異体の調査
どのPfEMP1変異体がロゼッティングに関与しているかを理解するために、研究者たちはロゼット形成寄生虫株で転写される特定の遺伝子を調べることに集中したんだ。これらの遺伝子をプロファイルすることで、ロゼッティングに関連する主要なPfEMP1変異体を特定したんだ。具体的には、ロゼッティング株に存在することが以前は関連付けられてなかったいくつかの遺伝子を発見した。この発見は、複数のPfEMP1タイプが病気の重症度に影響を与える可能性があることを示唆してる。
抗体反応とロゼッティング
特定のPfEMP1変異体に対する抗体を作って、これが感染した赤血球の表面に存在するかどうかを確認した結果、抗体は観察されたロゼット頻度と一致する形で感染した細胞を認識したんだ。場合によっては、同じ感染した細胞に2種類のPfEMP1が存在してるのを見て、驚くこともあったよ。通常は一度に一種類だけしか表現されないからね。
これらの抗体がロゼッティングを妨げる能力もテストされたんだ。特定の抗体で処理された感染細胞はロゼッティングが減少して、特定されたPfEMP1タイプがロゼッティングプロセスに重要な役割を果たしていることを示してる。
ロゼッティングとヒトIgM
ロゼッティングとヒトIgM(抗体の一種)との結合関係も調べられたんだ。ロゼッティングを行っている感染細胞はIgMに結合することがわかって、これはロゼッティング効果を高める可能性があるんだ。ただ、すべてのPfEMP1タイプがIgMに結合する能力を示したわけではなくて、これが特定の変異体のユニークな特徴かもしれない。
結合メカニズムの理解
ロゼッティング変異体の機能をさらに確認するために、科学者たちは未感染の赤血球との結合能力をテストしたんだ。実験の結果、いくつかのPfEMP1変異体が健康な赤血球にうまく結合することが確認できて、ロゼッティング変異体としての分類が確固たるものになったんだ。
さらに、研究者たちは、EPCRやICAM-1などの体内の特定のタンパク質に結合する能力が、寄生虫が宿主細胞に付着する一環である可能性があることを示したんだ。これらの相互作用がどう機能するかを調べることで、科学者たちはロゼッティングと病気の重症度の関係をよりよく理解したいと考えてる。
結論
これらの発見は、マラリアにおける異なるPfEMP1変異体がどのように機能するかについての理解を深めるのに寄与してるんだ。マラリア株中のロゼッティング変異体の存在は、寄生虫が人間の宿主内で適応し、生き残る能力の複雑さを強調してる。
新しい知見は、複数のPfEMP1タイプが異なる方法で強制的なロゼッティングに寄与することを示唆していて、寄生虫が生存を高め、マラリアの重症度に影響を与えるさまざまな経路を示してる。これらのメカニズムを理解することは、治療や予防を目的とした介入を開発する上で重要なんだ。いくつかのPfEMP1変異体が病気の重症度に影響を与えることが示されてるから、この分野での研究は続ける必要があるんだ。
今後の研究は、これらのロゼッティング変異体がヒトの免疫システムとどのように相互作用するか、そして、より効果的な治療法を対象にできるかについて明らかにすることに焦点を当てるかもしれない。PfEMP1タイプの多様性と、それに対応する人間感染における振る舞いは、マラリアの生物学を徹底的に探求する必要性を強調してるよ。
タイトル: Identification of novel PfEMP1 variants containing domain cassettes 11, 15 and 8 that mediate the Plasmodium falciparum virulence-associated rosetting phenotype
概要: Plasmodium falciparum erythrocyte membrane protein 1 (PfEMP1) is a diverse family of variant surface antigens, encoded by var genes, that mediates binding of infected erythrocytes to human cells and plays a key role in parasite immune evasion and malaria pathology. The increased availability of parasite genome sequence data has revolutionised the ability to study PfEMP1 diversity across multiple P. falciparum isolates. However, making functional sense of genomic data relies on the ability to infer binding phenotype from var gene sequence. For P. falciparum rosetting, the binding of infected erythrocytes to uninfected erythrocytes, the analysis of var gene/PfEMP1 sequences encoding the phenotype is limited, with only eight rosette-mediating PfEMP1 variants described to date. These known rosetting PfEMP1 variants fall into two types, characterised by N- terminal domains known as "domain cassette" 11 (DC11) and DC16. Here we test the hypothesis that DC11 and DC16 are the only PfEMP1 types in the P. falciparum genome that mediate rosetting, by examining a set of thirteen recent culture-adapted Kenyan parasite lines. We first analysed the var gene/PfEMP1 repertoires of the Kenyan lines and identified an average of three DC11 or DC16 PfEMP1 variants per genotype. In vitro rosette selection of the parasite lines yielded four with a high rosette frequency, and analyses of their var gene transcription, infected erythrocyte PfEMP1 surface expression, rosette disruption and erythrocyte binding function identified four novel rosette- mediating PfEMP1 variants. Two of these were of the predicted DC11 type (one showing the dual rosetting/IgM-Fc-binding phenotype), whereas two contained DC15 (DBL1.2-CIDR1.5b) a PfEMP1 type not previously associated with rosetting. We also showed that a Thai parasite line expressing a DC8-like PfEMP1 binds to erythrocytes to form rosettes. Hence, these data expand current knowledge of rosetting mechanisms and emphasize that the PfEMP1 types mediating rosetting are more diverse than previously recognised. Author summary Malaria is an infectious tropical disease caused by the parasite Plasmodium falciparum that kills more than half a million people every year, mostly young children in sub-Saharan Africa. Life- threatening episodes of malaria are characterised by huge numbers of parasitised red blood cells in the infected host, many of which bind to blood vessel walls and block blood flow, causing tissue damage and organ failure. Sometimes parasitised red cells also bind to uninfected red cells to form clusters of cells called rosettes, which make the blockage of blood flow in vital organs even worse. Previous research has begun to decipher how parasitised red cells bind to uninfected red cells to form rosettes, but little is yet known about the process. Here we identify some new versions of the "sticky proteins" (adhesion molecules) that are made by malaria parasites and displayed on the surface of infected red cells to bring about rosette formation. The rosette-mediating adhesion molecules are members of a large family, and we identify here a few characteristic types within this family that mediate rosetting. This work is an important step towards the goal of understanding how malaria parasite rosettes form rosettes in order to develop preventions or treatments to reverse rosetting and reduce the number of people dying from severe malaria.
著者: Alexandra Rowe, F. McLean, B. R. Omondi, N. Diallo, S. Otoboh, C. Kifude, A. Abdi, R. Lim, T. Otto, A. Ghumra
最終更新: 2024-08-02 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.22.604565
ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.22.604565.full.pdf
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変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
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