利用APEX2近端標記法在疟原蟲中鑑定具有雙重功能的膜蛋白

Core Concepts

利用APEX2近端標記法鑑定了疟原蟲ookinete期間重要的50多個新候選膜蛋白,其中一個名為akratin的蛋白在雄性配子體形成和ookinete遷移中扮演關鍵角色。

Abstract

本研究利用APEX2近端標記法首次在疟原蟲中鑑定了ookinete期間重要的膜蛋白。通過兩次實驗,研究者成功鑑定了所有已知的ookinete微粒體蛋白,以及50多個新的候選蛋白。將這些蛋白分類後,選擇了一個名為akratin的候選蛋白進行功能分析。

akratin在疟原蟲生活史的各個階段都有表達,但在不同階段表現出不同的細胞定位模式。缺失akratin的疟原蟲在雄性配子體形成和ookinete遷移過程中都出現嚴重缺陷,導致完全無法感染蚊子。進一步研究發現,akratin的C端序列中含有一個可能的微粒體定位序列,突變該序列會導致akratin在ookinete中定位異常,雖然不影響ookinete的運動能力,但卻阻礙了ookinete穿透中腸上皮的過程。這表明akratin在不同階段的功能和定位需求是不同的。

總之,本研究建立了一種新的APEX2近端標記法,鑑定了大量ookinete膜蛋白候選物,並發現了一個具有雙重功能的關鍵膜蛋白akratin,為進一步研究疟原蟲感染蚊子的過程提供了新的線索。

Stats

疟原蟲缺失akratin的血液期生長率從約10降至7。
缺失akratin的疟原蟲雄性配子體形成嚴重受損,無法被苯基肼(PH)恢復。
缺失akratin的疟原蟲ookinete轉換率顯著降低。
缺失akratin的疟原蟲完全無法感染蚊子,不能形成任何卵囊。

Quotes

"缺失akratin的疟原蟲在雄性配子體形成和ookinete遷移過程中都出現嚴重缺陷,導致完全無法感染蚊子。"
"突變akratin的C端序列會導致其在ookinete中定位異常,雖然不影響ookinete的運動能力,但卻阻礙了ookinete穿透中腸上皮的過程。"

Key Insights Distilled From

APEX-based proximity labeling in Plasmodium identifies a membrane protein with dual functions during mosquito infection

by Kehrer,J., R... at www.biorxiv.org 09-29-2020

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.09.29.318857v1

Deeper Inquiries

akratin在不同疟原蟲生活史階段的具體功能機制是什麼?

akratin（PbANKA_1105300）在疟原虫的生活史中扮演著重要的角色，尤其是在雄性配子形成和ookinete的中腸穿透過程中。具體來說，akratin在雄性配子形成過程中是必需的，因為缺乏akratin的突變體在雄性配子（microgametes）釋放方面顯著受阻，這導致了ookinete的形成減少。這表明akratin在雄性配子成熟和釋放過程中具有關鍵功能。此外，akratin在ookinete階段的功能則體現在其對中腸上皮細胞的穿透能力上。突變體的ookinete雖然在體外能夠正常運動，但卻無法有效穿透中腸上皮，這顯示出akratin在ookinete與宿主細胞之間的相互作用中起著重要的作用。總結來說，akratin的具體功能機制包括在雄性配子形成中的作用以及在ookinete穿透中腸上皮過程中的關鍵角色。

除了akratin,其他新發現的ookinete膜蛋白候選物是否也具有關鍵的傳播阻斷潛力?

在研究中，除了akratin之外，還識別了超過50種新的ookinete膜蛋白候選物。這些新發現的蛋白質中，許多具有潛在的傳播阻斷能力，因為它們可能參與疟原虫在宿主中腸的穿透、附著和運動等關鍵過程。這些膜蛋白的功能尚未完全明瞭，但它們的存在提示了它們在疟原虫的生活史中可能扮演著重要角色。特別是那些已知與微管、細胞黏附或信號傳導相關的蛋白質，可能成為未來傳播阻斷疫苗的潛在靶點。因此，這些新發現的膜蛋白候選物確實具有進一步研究的潛力，並可能成為有效的傳播阻斷策略的基礎。

如何利用akratin的雙重功能設計新的疟疾傳播阻斷策略?

利用akratin的雙重功能，可以設計出針對疟疾傳播的創新策略。首先，可以針對akratin的功能進行疫苗開發，通過刺激宿主免疫系統產生針對akratin的抗體，從而阻止雄性配子釋放和ookinete的形成。這樣的疫苗可以有效減少疟原虫在宿主中的繁殖，從而降低傳播風險。其次，針對akratin在ookinete穿透中腸上皮過程中的作用，可以開發小分子抑制劑，這些抑制劑可以干擾akratin的功能或其與宿主細胞的相互作用，進一步阻止疟原虫的傳播。此外，基於akratin的結構特徵，還可以進行基因編輯或基因干擾技術的應用，來創造出缺乏akratin的疟原虫株，這些株在自然環境中將無法有效傳播。綜合來看，akratin的雙重功能為疟疾傳播阻斷策略的設計提供了多種可能的途徑，未來的研究可以進一步探索這些策略的有效性和可行性。