バベシア感染が牛の健康に与える影響
バベシアが牛に与える影響と、より良い治療法の緊急な必要性を理解する。
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目次
バベシアは小さな寄生虫で、ダニを通じて広がり、家畜や時には人間にも感染することがある。バベシアにはたくさんの種類があるけど、特に牛に影響を与えるバベシア・ボビスとバベシア・ビゲミナが大きな問題。これらの寄生虫は牛の健康に重大な影響を与え、発熱、貧血、その他の症状を引き起こすことがある。B.ボビスの感染から生じる重篤な合併症の一つは脳バベシア症で、これは脳に影響を与え、致命的になることがある。
現在、これらの感染症をコントロールする方法は限られている。効果的な薬は少なく、既存のワクチンにも問題がある。加えて、ダニがそれらを撃退するための治療に耐性を持つようになってきている。だから、新しい治療法や予防策を見つける必要が迫っている。
牛バベシア症の問題
牛に影響を与える主なバベシアの種類はB.ボビスとB.ビゲミナ。この寄生虫に感染すると、動物は発熱し、貧血のために弱ってしまうことがある。特にB.ボビスの場合、感染は正常な血流を妨げ、重篤な脳の問題を引き起こすことがある。これにより、牛の産業にとってこの寄生虫の広がりを抑えることが非常に重要で、かなりの経済的損失を引き起こす可能性がある。
現在のコントロール方法
牛バベシア症を管理するためのツールは不十分。効果的な薬が不足していて、ワクチンは存在するけど、広く適用できるわけではない。それに、ダニは特定の殺虫剤に対する耐性を持つようになり、コントロールが難しくなってきている。この状況は、新しい治療法やコントロール戦略が急務であることを意味している。
バベシアが牛に与える影響
B.ボビスが牛に感染すると、赤血球がダメージを受け、発熱や貧血といった症状が出る。この寄生虫は脳への血流を遮る脳バベシア症などの深刻な合併症も引き起こす可能性がある。感染した赤血球は「リッジ」と呼ばれる構造を表面に形成し、これは寄生虫が血管にくっつくのに必要。これらのリッジは寄生虫が赤血球に送る特定のタンパク質によって作られる。研究者たちはこのプロセスに関わるいくつかのタンパク質を特定しているが、正確な役割はまだ完全には理解されていない。
バベシア感染におけるタンパク質の役割
研究によると、B.ボビスにとって重要なタンパク質はVESA-1とSBPタンパク質、特にSBP3である。このタンパク質は感染した赤血球の表面でリッジを形成するのに関わっていて、寄生虫が宿主の血管に付着するのを助けている。VESA-1は特に重要で、血管の壁に結合する唯一の既知のタンパク質で、寄生虫の付着を促進する。
SBPタンパク質、特にSBP3はリッジ形成において重要な役割を果たしている。これらの構造や分布については多くの知識があるが、これらのタンパク質の正確な機能、特に細胞付着を助ける方法についてはまだ活発な研究が続いている。
SBP3の調査
SBP3の寄与を理解するために、研究者たちはSBP3タンパク質を発現するか欠いている遺伝子改変寄生虫を作成した。これらの改変寄生虫を研究することで、SBP3がリッジ形成や寄生虫全体の健康にどのように影響を与えるかを調べようとしている。
SBP3の局在に関する発見
実験では、科学者たちは特定の抗体を使って感染した赤血球内のSBP3を追跡した。彼らはSBP3が主に成熟した赤血球に見られ、そこでリッジの形成を助けることを発見した。このVESA-1との共局在は、SBP3がVESA-1が細胞表面に到達するのを可能にし、感染した赤血球が血管壁に結合するのを促進していることを示唆している。
SBP3レベルの低下
研究者たちが特別な技術を用いてSBP3の量を減らした際、赤血球上のリッジ形成が大幅に減少することが観察された。この減少は、寄生虫が宿主の中で成長し、繁栄する能力に深刻な影響を与えた。改変された寄生虫はリッジの形成が困難であり、血管に付着する能力が減少し、おそらくその生存にも影響を及ぼした。
SBP3のノックダウンによる影響
SBP3レベルを系統的に減少させることで、科学者たちはその役割をより明確に特定できた。減少は成長を妨げ、感染した赤血球にリッジが著しく少なくなることにつながった。この発見は、SBP3が寄生虫のライフサイクルや宿主との相互作用にとってどれほど重要かを示している。
VESA-1への影響
SBP3のレベルが減少するにつれて、研究者たちは赤血球の表面におけるVESA-1の存在が対応して減少することに気づいた。これは、SBP3がVESA-1の正確な局在にとって重要であり、細胞付着プロセスにとって不可欠であることを示唆している。これら二つのタンパク質の正確な相互作用は、新しい治療法の選択肢を生む可能性があるため、さらなる研究の重要な領域である。
見られた構造の変化
高度なイメージング技術を用いて、科学者たちはSBP3レベルが減少したときに感染した赤血球で起こる構造の変化を調べた。結果は、SBP3をノックダウンした際にリッジの数が劇的に減少することを確認し、リッジ形成におけるその役割が強化された。
細胞付着アッセイ
感染した赤血球が血管壁に付着する能力にSBP3がどのように影響するかを調べるために、科学者たちは細胞付着アッセイを実施した。彼らはSBP3のレベルが低下した際、牛の脳の内皮細胞に結合する赤血球が少なくなることを観察した。この実験は、SBP3がB.ボビスの病原性において重要な要素であることを確認した。
宿主タンパク質との相互作用
SBP3を研究するだけでなく、研究者たちは宿主の赤血球内のタンパク質との相互作用も探った。彼らはSBP3がBand 3などの様々なタンパク質と関連していることを発見した。このBand 3は赤血球の形と機能の維持に関与している。SBP3がこれらのタンパク質に付着することによって、赤血球膜の構造が変わり、リッジ形成に寄与する可能性がある。
結論
この研究は、SBP3とVESA-1がB.ボビスのライフサイクルにおいて重要な役割を果たしていることを明らかにした。これらのタンパク質がどのように相互作用し、感染した赤血球上でリッジ形成に寄与するかを理解することで、研究者たちは牛バベシア症と戦うためのより良い戦略を開発することができる。この研究から得られた洞察は、牛の健康を改善し、家畜産業での経済的損失を減らす新しい治療法につながるかもしれない。
将来の方向性
リッジ形成の背後にあるメカニズムを完全に理解し、これらのプロセスを病気の制御のために標的化することは重要な研究を続ける必要がある。将来の研究では、これらの相互作用に関与する追加のタンパク質の特定や、感染のサイクルを破壊する治療オプションの探索に焦点を当てることができる。最終的には、バベシアと宿主動物への影響をよりよく理解することで、牛バベシア症のより効果的な管理戦略に貢献できるだろう。
タイトル: Critical role of Babesia bovis spherical body protein 3 in ridge formation on infected red blood cells
概要: Babesia bovis, an apicomplexan intraerythrocytic protozoan parasite, causes serious economic loss to cattle industries around the world. Infection with this parasite leads to accumulation of infected red blood cells (iRBCs) in the brain microvasculature that results in severe clinical complications known as cerebral babesiosis. Throughout its growth within iRBCs, the parasite exports various proteins to the iRBCs that lead to the formation of protrusions known as "ridges" on the surface of iRBCs, which serve as sites for cytoadhesion to endothelial cells. Spherical body proteins (SBPs; proteins secreted from spherical bodies, which are organelles specific to Piroplasmida) are exported into iRBCs, and four proteins (SBP1-4) have been reported to date. In this study, we elucidated the function of SBP3 using an inducible gene knockdown (KD) system. Localization of SBP3 was assessed by immunofluorescence assay, and only partial colocalization was detected between SBP3 and SBP4 inside the iRBCs. In contrast, colocalization was observed with VESA-1, which is a major parasite ligand responsible for the cytoadhesion. Immunoelectron microscopy confirmed localization of SBP3 at the ridges. SBP3 KD was performed using the glmS system, and effective KD was confirmed by Western blotting, immunofluorescence assay, and RNA-seq analysis. The SBP3 KD parasites showed severe growth defect suggesting its importance for parasite survival in the iRBCs. VESA-1 on the surface of iRBCs was scarcely detected in SBP3 KD parasites, whereas SBP4 was still detected in the iRBCs. Moreover, abolition of ridges on the iRBCs and reduction of iRBCs cytoadhesion to the bovine brain endothelial cells were observed in SBP3 KD parasites. Immunoprecipitation followed by mass spectrometry analysis detected the host Band 3 multiprotein complex, suggesting an association of SBP3 with iRBC cytoskeleton proteins. Taken together, this study revealed the vital role of SBP3 in ridge formation and its significance in the pathogenesis of cerebral babesiosis. Author summaryBabesia bovis causes a high-mortality complication called cerebral babesiosis in cattle, similar to cerebral malaria in humans. Both complications are caused by the cytoadhesion of infected red blood cells (iRBCs) to the host brain endothelial cells. These parasites export numerous proteins to the host iRBCs and produce protrusions on the iRBCs that are called ridges for B. bovis and knobs for Plasmodium falciparum. Ridges and knobs play an important role in cytoadhesion as they are the sites of adherence; however, the molecules responsible for ridge formation remain unknown. In this study, we showed that SBP3 is a crucial protein for ridge formation. The SBP3 knockdown parasites showed severe growth defects and abolition of ridges on the iRBCs, and cytoadhesion of iRBCs to the bovine brain endothelial cells was significantly reduced. An immunoprecipitation experiment suggested an association of SBP3 with the host Band 3 multiprotein complex. Although there is no similarity in amino acid sequences, we suggest SBP3 to be a functional ortholog of KAHRP in P. falciparum. In summary, our results shed light on the molecular mechanism of ridge formation and the pathogenesis of B. bovis.
著者: Masahito Asada, A. Fathi, H. Hakimi, M. Sakaguchi, J. Yamagishi, S.-i. Kawazu
最終更新: 2024-05-28 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.28.596171
ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.28.596171.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。
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