マラリアとマラリア原虫:隠れた脅威
マラリアの寄生虫とその世界的な健康への影響を深掘りしてみよう。
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コロナウイルスのパンデミックが何年もニュースになってるけど、毎年何百万もの人が影響を受けてるマラリアにも注目しよう。マラリアはプラスモディウムっていう寄生虫が原因で、特にプラスモディウム・ファルシパルムが一番危険なんだ。この寄生虫は主に子供や免疫が弱ってる人、妊婦や高齢者に影響を与えることが多くて、特に亜サハラアフリカや東南アジアの地域で問題になってる。2022年にはマラリアが約608,000人の死を引き起こしたんだ。
プラスモディウム寄生虫
人間に感染するプラスモディウムは5種類あるけど、P.ファルシパルムが最も危険だ。この寄生虫は体の免疫防御をかわすために巧妙な戦術を使うんだ。血管にくっつくことで、脳を含むいろんな臓器に問題を引き起こすことがある。マラリアを効果的に戦うためには、この寄生虫がどのように発見を避け、体内で増殖するのかをもっと学ぶ必要がある。そうすることで、新しい治療法を見つけられるかもしれない。
P.ファルシパルムが免疫システムを避ける方法
P.ファルシパルムが免疫反応を避ける一つの方法は、感染した赤血球の表面のタンパク質を変えることだ。このプロセスには、var遺伝子群と呼ばれる一群の遺伝子が関与していて、PfEMP-1というタンパク質を作り出す。研究によると、これらの遺伝子の発現はエピジェネティックな変化に影響されることがある。エピジェネティックな変化とは、DNAやタンパク質の修飾で、遺伝子のオン・オフに影響を与えるものだ。
P.ファルシパルムでは、病原性遺伝子が細胞の核内で特別な方法で整理されていて、これらの遺伝子が通常は非活性であることを示す特定のマーカーがある。PfEMP1は感染した赤血球の表面に移動し、血管の内皮にくっつくのを助ける。var遺伝子ファミリーには約60の遺伝子があるけど、そのうちの一つだけが一度に活性化する。寄生虫はどの遺伝子を使うかを切り替えることができるので、免疫システムに認識されづらくなるんだ。
切り替えプロセス
寄生虫が表現するvar遺伝子を変えるとき、世代ごとに2-18%の速さで行う。これが早い切り替えを引き起こし、体が感染に対抗しづらくなるんだ。研究者たちは、このプロセスが進む中で、特定のvar遺伝子が優勢ではなく、いくつかの遺伝子が低いレベルで発現している状態があるかもしれないと考えてる。最近の科学研究でもそれが支持されてる。
var2csa遺伝子は特に重要で、いろんな株の寄生虫に見られ、妊娠中の深刻な合併症に関与してる。寄生虫が妊婦を感染させると、胎盤にくっついて母親と赤ちゃんの両方に問題を引き起こすことがある。この遺伝子は主に妊娠中に活発だけど、妊娠してない人でも低いレベルで発現することがあって、他の役割があるかもしれない。
マラリア寄生虫の遺伝子調節
研究者たちはvar遺伝子がどのようにオン・オフされるかの理解を進めてるけど、このプロセスが具体的にどう働くかはまだはっきりしてない。いくつかのvar遺伝子は他のよりも重要で、これらの遺伝子が染色体のどこにあるかが切り替わる頻度に影響する。染色体の端に位置する遺伝子は環境圧に応じて切り替わりやすいけど、中央に位置するものは通常もっと安定してる。
特定の遺伝子発現に関連するマーカーを操作することで、科学者たちはvar2csa遺伝子がvar遺伝子の中で重要な位置を占めていることを発見した。この遺伝子を取り除くと切り替えが少なくなり、他のvar遺伝子の発現が時間とともに安定することが分かった。これはvar2csaが他のvar遺伝子の発現の調節に重要な役割を果たしていることを示唆してる。
Var2csa欠失の影響
科学者たちがvar2csa遺伝子を取り除いた影響を研究したとき、残りのvar遺伝子の発現に大きな変化が見られた。CRISPRという遺伝子編集技術を使ってvar2csa遺伝子を削除して、その結果を調べたら、全体のvar遺伝子の発現が減少して、var2csaが他のvar遺伝子の発現レベルを維持するために必要だってことが示された。
var2csaを削除するとvarの転写物の数が減って、これはタンパク質を作るための指示を持つメッセージなんだ。これが意味するのは、var2csaを取り除くと自分の発現を妨げるだけでなく、全体のvar遺伝子ファミリーにも影響を与えるってことだ。この変化によって、転写レベルでの発現がより厳密に制御されるようになる。
クロマチン構造の調査
var2csaの削除によるクロマチン構造の変化を理解するために、研究者たちは遺伝子調節に関連する特定のマーカーの役割を調べた。DNAが細胞内にある構造的特徴がどのように変わったかを確認するために様々な実験を行った。その結果、var2csaの削除がvar遺伝子に関連するDNA領域で抑圧的マーカーの結合を増加させることが分かった。
さらに、クロマチンの3次元構造を分析する実験も行った。この調査では、クロマチンの特定の領域がよりコンパクトになり、異なるDNA領域の相互作用が変わったことが明らかになった。そんなクロマチン構造の変化は、遺伝子の発現に影響を与える可能性がある。というのも、密集したDNAは遺伝子を読み取って発現させる機械にとってアクセスしにくいからだ。
結論
要するに、マラリアの研究と、寄生虫が免疫システムを回避する方法を理解することは、この致命的な病気に対抗する新しい戦略を開発するために重要だ。var遺伝子ファミリー、特にvar2csa遺伝子は、寄生虫が宿主内で適応・生存する能力に中心的な役割を果たしてる。これらの遺伝子がどのように調節され、クロマチン構造の変化がその発現にどのように影響を与えるかを理解することが、マラリアとの闘いにおいて重要になるだろう。遺伝子、調節要素、クロマチンの構造的特徴の間の複雑な相互作用を解明するためには、さらなる研究が必要だ。
タイトル: Chromatin structure and var2csa - a tango in regulation of var gene expression in the human malaria parasite Plasmodium falciparum?
概要: Over the last few decades, novel methods have been developed to study how chromosome positioning within the nucleus may play a role in gene regulation. Adaptation of these methods in the human malaria parasite, Plasmodium falciparum, has recently led to the discovery that the three-dimensional structure of chromatin within the nucleus may be critical in controlling expression of virulence genes (var genes). Recent work has implicated an unusual, highly conserved var gene called var2csa in contributing to coordinated transcriptional switching, however how this gene functions in this capacity is unknown. To further understand how var2csa influences var gene switching, targeted DNA double-strand breaks (DSBs) within the sub-telomeric region of chromosome 12 were used to delete the gene and the surrounding chromosomal region. To characterize the changes in chromatin architecture stemming from this deletion and how these changes could affect var gene expression, we used a combination of RNA-seq, Chip-seq and Hi-C to pinpoint epigenetic and chromatin structural modifications in regions of differential gene expression. We observed a net gain of interactions in sub-telomeric regions and internal var gene regions following var2csa knockout, indicating an increase of tightly controlled heterochromatin structures. Our results suggest that disruption of var2csa results not only in changes in var gene transcriptional regulation but also a significant tightening of heterochromatin clusters thereby disrupting coordinated activation of var genes throughout the genome. Altogether our result confirms a strong link between the var2csa locus, chromatin structure and var gene expression. AUTHOR SUMMARYMalaria remains one of the deadliest parasite-borne diseases, causing not only over a half million deaths annually, but also infecting hundreds of millions more. Plasmodium falciparum, the protozoan parasite that is responsible for the most virulent form of human malaria, is transmitted to humans by infected female mosquitoes during a blood meal. Due to a growing resistance to all existing antimalarials, there is a need to identify novel targets to design new antimalarial strategies. Our research builds on the growing body of evidence that supports the role of genome organization or chromatin structure within the nucleus in controlling the parasite development as well as virulence factors designed to circumvent the host immune response. This study identifies genes and structural elements within the Plasmodium falciparum genome that are controlled, at least partially, by the expression of a single unique and highly conserved virulence gene.
著者: Todd Lenz, X. Zhang, A. Chakraborty, A. Roayaei Ardakany, J. Prudhomme, F. Ay, K. Deitsch, K. Le Roch
最終更新: 2024-02-13 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.02.13.580059
ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.02.13.580059.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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