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マラリア原虫の脱出における重要な発見

研究は、マラリア原虫の放出におけるカルシウムとタンパク質の役割を強調している。

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マラリアの出芽メカニズムがマラリアの出芽メカニズムが明らかにされた重要なステップを明らかにした。新たな洞察がマラリア寄生虫の放出における
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アピコンプレクサは、人間や動物に影響を与えるさまざまな病気を引き起こすことで知られている寄生虫のグループだよ。注目すべき例としては、マラリアを引き起こすプラスモディウム・ファルシパラム、トキソプラズマ症で知られるトキソプラズマ・ゴンディ、特に発展途上国で腸の問題を引き起こすクリプトスポリジウムがあるね。プラスモディウム・ファルシパラムによって引き起こされるマラリアは、今でも重大な公衆衛生の問題で、毎年何十万人もの死者が報告されているんだ。

プラスモディウム・ファルシパラムのライフサイクルを理解することが重要だよ。この寄生虫はアノフェレス蚊と人間の2つの宿主を交互に利用するんだ。感染は、感染した蚊に噛まれたときにスポロゾイト(感染段階)が血流に入ることで始まるよ。肝臓で静かな発展の段階を経た後、寄生虫は増殖して何千ものメロゾイトを血流に放出するんだ。これが病気の症状が出始める段階で、メロゾイトが赤血球に侵入する。

プラスモディウム・ファルシパラムのライフサイクル

血流に入ると、メロゾイトは赤血球(RBC)に侵入して、寄生体を包む特別なコンパートメントである寄生体小胞(PV)に閉じ込められる。そこでメロゾイトは複製を行い、最大32個の新しいメロゾイトを作ることができるんだ。これらの新しい形態は、エグレスと呼ばれるプロセスで宿主細胞から出て、血流に入り、さらに多くの赤血球に侵入する。この侵入とエグレスのサイクルがマラリアが広がる主要なメカニズムなんだよ。

エグレスプロセスは高度に調整されていて、メロゾイトが適切な時と場所で放出されるように複数のステップが関与している。まず寄生体小胞の壁が弱まり、形が変わって小胞が丸くなる。その後、小胞が破裂して、メロゾイトが血流に逃げ出す。

エグレスプロセスの重要な要素

プラスモディウム・ファルシパラムのエグレスにおいて重要な役割を果たすのが、プロテインキナーゼG(PKG)だよ。この酵素は成功したエグレスのために必要な連鎖反応を開始する責任があるんだ。プロセスは、cGMPと呼ばれるシグナル分子の増加から始まる。この分子はグアニル酸シクラーゼ(GC)が生成し、ホスホジエステラーゼ(PDE)が分解することで調整されている。プラスモディウム・ファルシパラムには、エグレスにとって重要な特定のGCがあるんだ。

cGMPのレベルが上がると、PKGが活性化され、寄生虫内のストアからカルシウムイオン(Ca2+)の放出を促す信号を送る。プラスモディウムは伝統的なcGMP受容体を持っていないけれど、PKGと相互作用するタンパク質のおかげでカルシウムを動員できるんだ。

カルシウムレベルの上昇はさまざまな反応を引き起こす。特定のタンパク質であるカルシウム依存性プロテインキナーゼ5(CDPK5)が、分泌小器官の放出を活性化するよ。これらの小器官は赤血球が破裂する準備をする因子を放出して、メロゾイトの逃げ出しを助けるんだ。

ホスファターゼPP1の役割

エグレスプロセスを調整する重要なプレーヤーが、ホスファターゼPP1だよ。この酵素はタンパク質からリン酸基を取り除いて、それを活性化したり不活性化したりすることができる。プラスモディウム・ファルシパラムの文脈では、PP1は複製(分裂)とエグレスの両方の段階で重要なんだ。

研究によれば、PP1が不足するとエグレスプロセスが乱れて、メロゾイトが赤血球からうまく出られなくなるんだ。この欠陥はリン酸化されたGCαの蓄積に関連していて、PP1による適切な脱リン酸化がないと、エグレスに至るシグナル経路が妨げられるんだよ。

プラスモディウム・ファルシパラムにおけるエグレスの調査

PP1がエグレスプロセスでどのように機能するかを理解するために、科学者たちはエグレスのステップをより明確に監視できる特別な寄生虫の系統を作ったんだ。高度なイメージング技術を使って、寄生虫がどのように形を変え、赤血球から放出されたかを見ることができた。このアプローチは、エグレスのタイミングと調整についての洞察を提供したよ。

エグレスを刺激するさまざまな化学物質の効果を比較することで、研究者たちはエグレスシグナル経路とPP1機能の複雑な相互作用を明らかにすることができたんだ。彼らは、PP1の影響が非常に最初のステップ、つまりPVの丸みを帯びるところから始まることに気づいたんだ。

エグレスにおけるカルシウムの重要性

カルシウムはエグレスプロセスで重要な役割を果たしているよ。研究では、PP1がないとカルシウムシグナリングに欠陥が生じ、それがエグレスプロセス全体に影響を与えることが示された。カルシウムイオノフォアというカルシウムレベルを上げる化合物を使用したとき、PP1が欠如している寄生虫でもエグレスプロセスが回復するのが観察されたんだ。これから、カルシウムはプラスモディウム・ファルシパラムのエグレスにおいて重要な要因であることがわかるよ。

異なるカルシウム誘発化合物を使った実験では、いくつかの薬がcGMPレベルを上げることができても、PP1の不足によって引き起こされる根本的なカルシウム動員の問題には対処しなかったんだ。エグレスはカルシウムレベルを直接増加させないと完全には回復しなかった。

エグレス誘導剤の役割

実験では、エグレスを誘発する能力を持ついくつかの化学物質がテストされた。A23187というカルシウムイオノフォアが最も効果的だったよ。A23187で処理されたとき、PP1が不足している寄生虫でもエグレス能力が改善されたんだ。対照的に、cGMPレベルを上げる他の化合物は部分的な成功しか示さなかった。

実験では、エグレスプロセスがPVの丸みを帯びることから始まることが示された。これはカルシウムシグナリングに大きく依存している。この最初のステップは重要で、小胞が次の破裂に備えるからなんだ。適切な丸みを帯びがないと、小胞の壁はそのままで、メロゾイトの逃げ出しが妨げられる。

エグレスプロセスの観察

エグレスプロセスを詳細に観察するために、研究者たちはライブセルイメージング技術を用いたんだ。彼らはPVが時間とともに形を変える様子を可視化できたよ。正常なエグレスプロセスは、一連のイベントで特徴づけられ、PVの丸みを帯びが最初に起こり、その後小胞が破裂し、最終的にメロゾイトが放出される。

非変異寄生虫では、エグレスは通常、調整された方法で行われており、メロゾイトの迅速な放出が可能だった。一方、PP1が欠如している寄生虫は丸みを帯びる段階でブロックがかかり、エグレスの時間が長引き、メロゾイトの放出が不良になる結果が見られたんだ。

結論

この研究は、プラスモディウム・ファルシパラムのエグレスプロセスの調整におけるPP1の重要な役割を浮き彫りにしたよ。結果は、PP1がcGMPレベルを調整するだけでなく、エグレスの最初のステップを制御する直接的な役割を果たしていることを示唆しているんだ。カルシウム動員への依存は、カルシウムシグナリングに関与する経路をターゲットにすることで、マラリア治療の新しい治療法が提供できる可能性を示しているよ。

キナーゼとホスファターゼ、特にPP1の相互作用は、寄生虫の細胞プロセスの複雑さを強調しているんだ。研究者たちがこれらの分子経路を解き明かし続けることで、プラスモディウム・ファルシパラムのライフサイクルを妨げるための戦略が開発できる可能性があるんだ。

要するに、この研究は寄生虫の生物学の複雑さを明らかにし、PP1やカルシウムシグナリングに焦点を当てた将来の研究の方向性を示しているよ。最終的な目標は、命を救い、この壊滅的な病気の影響を減らすための革新的な治療戦略を開発することなんだ。

オリジナルソース

タイトル: The malaria parasite PP1 phosphatase controls the initiation of the egress pathway of asexual blood-stages by regulating the rounding-up of the vacuole

概要: A sustained blood-stage infection of the human malaria parasite P. falciparum relies on the active exit of merozoites from their host erythrocytes. During this process, named egress, the infected red blood cell undergoes sequential morphological events: the rounding-up of the surrounding parasitophorous vacuole, the disruption of the vacuole membrane and finally the rupture of the red blood cell membrane. These events are coordinated by two intracellular second messengers, cGMP and calcium ions (Ca2+), that control the activation of their dedicated kinases, PKG and CDPKs respectively, and thus the secretion of parasitic factors that assist membranes rupture. We had previously identified the serine-threonine phosphatase PP1 as an essential enzyme required for the rupture of the surrounding vacuole. Here, we address its precise positioning and function within the egress signaling pathway by combining chemical genetics and live-microscopy. Fluorescent reporters of the parasitophorous vacuole morphology were expressed in the conditional PfPP1-iKO line which allowed to monitor the kinetics of natural and induced egress, as well as the rescue capacity of known egress inducers. Our results underscore a dual function for PP1 in the egress cascade. First, we provide further evidence that PP1 controls the homeostasis of the second messenger cGMP by modulating the basal activity of guanylyl cyclase alpha and consequently the PKG-dependent downstream Ca2+ signaling. Second, we demonstrate that PP1 also regulates the rounding-up of the parasitophorous vacuole, as this step is almost completely abolished in PfPP1-null schizonts. Strikingly, our data show that rounding-up is the step triggered by egress inducers, and support its reliance on Ca2+, as the calcium ionophore A23187 bypasses the egress defect of PfPP1-null schizonts, restores proper egress kinetics and promotes the initiation of the rounding-up step. Therefore, this study places the phosphatase PP1 upstream of the cGMP-PKG signaling pathway, and sheds new light on the regulation of rounding-up, the first step in P. falciparum blood stage egress cascade. AUTHOR SUMMARYMalaria caused by Plasmodium falciparum infections remains a major human threat in endemic countries. Its proliferation within the host relies on the iteration of red blood cell invasion, multiplication and release of newly formed parasites in the blood circulation. This last step, named egress, is tightly regulated by a signaling pathway controlled by phospho-regulation. The phosphatase PP1 is a conserved pleiotropic enzyme that regulates various biological processes in mammals and controls the replication and egress mechanisms in P. falciparum. Indeed, PP1-depleted parasites are unable to egress from the erythrocytes and remain trapped within a vacuole in the host cell. Here, using fluorescent reporters of the surrounding vacuole, and pharmacological inducers of the egress pathway, we analyzed natural and induced egress by time-lapse video-microscopy. Our results underscore a dual function of PP1 during egress and identify the phosphatase as an early regulator of this essential process.

著者: Mauld H. Lamarque, M. Seveno, M. N. Loubens, L. Berry, A. Graindorge, M. Lebrun, C. Lavazec

最終更新: 2024-07-30 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.30.605770

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.30.605770.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

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。

オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた biorxiv に感謝します。

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