PNAS：上海巴斯德所在惡性瘧原蟲免疫逃逸的分子機理研究中取得重要進展

瘧疾是一類嚴重威脅人類健康的寄生蟲病。致病性最強的惡性瘧原蟲每年在全世界範圍內造成數以億計的臨床感染病例，並導致近50萬人死亡。近日，中國科學院上海巴斯德研究所江陸斌課題組在PNAS在線發表了題為DNA helicase RecQ1 regulates mutually exclusive expression of virulencegenes in Plasmodium falciparum via heterochromatin alteration的最新研究成果。研究發現DNA解旋酶PfRecQ1調控惡性瘧原蟲抗原變異基因家族相互排斥性表達的分子機制，為深入理解惡性瘧原蟲免疫逃逸的分子機理提供了新的線索，並為新型抗瘧葯的研發提供了一個全新的潛在靶點。

惡性瘧原蟲獨特的var基因家族（約60個基因組成）編碼的變異抗原PfEMP1是惡性瘧原蟲在病人體內實現免疫逃逸的關鍵因子。在感染紅細胞過程中，單個惡性瘧原蟲在特定時間內只能表達某一個var基因，惡性瘧原蟲利用這種相互排斥性表達策略來逃避人體對PfEMP1抗原的免疫反應。闡明var基因家族的表達調控機制有望為瘧疾疫苗和抗瘧葯的研發提供新的靶點，因此，這方面研究一直是領域的國際前沿與熱點。

研究團隊曾先後證明組蛋白甲基化酶PfSET2（Nature，2013）與一類長鏈非編碼RNA（Front Microbiol，2018）分別參與調節了var基因的沉默和激活。但由於傳統的惡性瘧原蟲基因編輯技術周期長、效率低，直接阻礙了研究人員對整個var基因調控網路的解析，因此其他相關調控因子目前仍不清楚。

本研究中，研究團隊利用自主研發的基於CRISPR/dCas9系統的、高效的惡性瘧原蟲表觀遺傳基因編輯技術（PNAS，2018），證實DNA解旋酶PfRecQ1是維持var基因家族相互排斥性表達的關鍵因子。研究人員在惡性瘧原蟲中敲除PfRecQ1後，整個var基因家族處於沉默狀態；而在敲除株中回復表達PfRecQ1後，又恢復了var基因相互排斥性表達的表型。進一步的研究表明，PfRecQ1控制了var基因轉錄起始位點附近組蛋白H3K9me3修飾，並且通過調節var基因在細胞核內周上的定位調控var基因的表達。這一研究成果為我們深入理解惡性瘧原蟲免疫逃逸的分子機理提供了新的線索，並為新型抗瘧葯的研發提供了一個全新的潛在靶點。

圖.PfRecQ1缺失後，var基因轉錄狀態發生變化，其所在DNA的核周定位發生重排

中國科學院大學碩士研究生李舟，博士研究生尹世剛、孫茂新（上海科技大學）、程秀為本文並列第一作者，江陸斌研究員及其團隊的副研究員戴雪瑜和博士研究生黃正輝為本文的共同通訊作者。該研究得到了科技部國家重點研發計劃、國家科技重大專項、國家自然科學基金、中科院國際合作項目和美國國立衛生研究院（R01）等項目的資助。

ABSTRACT：

The Plasmodium falciparum var gene family encodes ～60 surface antigens by which parasites escape the host immune responses via clonal expression of var genes. However, the mechanism controlling this mutual exclusivity, associated with alterations in chromatin assembly, is not understood. Here, we determined how expression of the var gene family is regulated by two RecQ DNA helicase family members, PfRecQ1 and PfWRN, in P.falciparum. Through genetic manipulation, we found that the complete var repertoire was silenced on PfRecQ1 knockout, whereas their expression did not show noticeable changes when PfWRN was knocked out. More important, mutually exclusive expression of var genes could be rescued by complementation ofPfRecQ1. In addition, knocking out either of these two helicase genes changed the perinuclear cluster distribution of subtelomeres and subtelomeric vargenes. Whereas deletion of PfRecQ1 increased the heterochromatin marktri methylated (H3K9me3) at the transcription start site (TSS) of the var geneups C1, that deletion had no effect on the global distribution of H3K9me3 overgene bodies, including those for the var genes. ChIP-seq assay showed thatPfRecQ1 was enriched globally at the TSSs of all genes, whereas PfWRN-enrichedregions occurred at the gene bodies of the var gene family, but not of other genes or at TSSs of all genes. On PfRecQ1 deletion, the upsC1 var gene moved from the active perinuclear transcription region to a silenced region of theupsC type. These findings imply that PfRecQ1, but not PfWRN, is essential formaintaining the clonal expression of var genes.

1. Zhou Li, Shigang Yin, Maoxin Sun, Xiu Cheng,Jieqiong Wei, Nicolas Gilbert, Jun Miao, Liwang Cui, Zhenghui Huang, Xueyu Dai,and Lubin Jiang. DNA helicase RecQ1regulates mutually exclusive expression of virulence genes in Plasmodiumfalciparum via heterochromatin alteration. PNASFebruary 19, 2019 116 (8) 3177-3182; published ahead of print February 19, 2019.

2. 中科院上海巴斯德所:上海巴斯德所發現DNA解旋酶PfRecQ1調控惡性瘧原蟲抗原變異基因家族相互排斥性表達的分子機制.

http://www.shanghaipasteur.cas.cn/kxyj2016/kxyj_kyjz2016/201902/t20190215_5240460.html

本期編輯：Annabella

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