由加州大學(xué)河濱分校的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)現(xiàn)，人類瘧疾寄生蟲(chóng)發(fā)展的各個(gè)階段，包括瘧疾傳播的階段，都與表觀遺傳特征以及染色質(zhì) - DNA和蛋白質(zhì)的復(fù)合物如何相關(guān)聯(lián)。細(xì)胞核在這些寄生蟲(chóng)中組織和結(jié)構(gòu)化。

“我們的研究結(jié)果為瘧疾寄生蟲(chóng)的基因組組織，表觀遺傳特征和階段特異性基因表達(dá)之間的聯(lián)系提供了見(jiàn)解，”負(fù)責(zé)分析基因組的分子，細(xì)胞和系統(tǒng)生物學(xué)教授Karine Le Roch說(shuō)。組織兩種人類瘧疾寄生蟲(chóng)。“已知可控制這些特征的蛋白質(zhì)可被確定為新治療策略的新靶點(diǎn)。通過(guò)破壞這些蛋白質(zhì)，我們可以破壞染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而破壞寄生蟲(chóng)的生命周期進(jìn)程 - 最終控制瘧疾的傳播。 “

瘧疾寄生蟲(chóng)在其整個(gè)生命周期中的發(fā)展主要取決于染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與表觀遺傳學(xué)如何調(diào)節(jié)基因表達(dá)。表觀遺傳學(xué)涉及通過(guò)個(gè)體DNA序列以外的因素進(jìn)行遺傳控制。通過(guò)開(kāi)啟或關(guān)閉基因，表觀遺傳變化決定了哪些基因被轉(zhuǎn)錄。

“我們還發(fā)現(xiàn)表觀遺傳特征是必需的，并與幾種寄生蟲(chóng)特異性基因家族的轉(zhuǎn)錄活性相關(guān)，例如那些涉及發(fā)病機(jī)制，肝細(xì)胞侵襲和性分化調(diào)節(jié)的基因家族，”Le Roch說(shuō)。

研究結(jié)果本周出現(xiàn)在Nature Communications上。

Le Roch及其同事證明，基因組組織不僅在人體組織和復(fù)雜生物中很重要，而且還可以影響真核病原體的正常發(fā)育，如瘧疾寄生蟲(chóng)。

瘧疾感染全世界數(shù)億人，每年造成超過(guò)45萬(wàn)人死亡，是由瘧原蟲(chóng)物種的五種寄生蟲(chóng)之一引起的。了解寄生蟲(chóng)不同生命周期階段基因調(diào)控所涉及的機(jī)制對(duì)于開(kāi)發(fā)阻止寄生蟲(chóng)復(fù)制和傳播的新策略非常重要。

Le Roch及其同事分析了當(dāng)寄生蟲(chóng)在紅細(xì)胞內(nèi)復(fù)制和惡性惡性瘧原蟲(chóng)的性別分化期間以及在惡性瘧原蟲(chóng)和間日瘧原蟲(chóng)從蚊子傳播到人類的過(guò)程中的基因組組織。惡性瘧原蟲(chóng)是最常見(jiàn)和最致命的寄生蟲(chóng)。間日瘧原蟲(chóng)(P. vivax)主要發(fā)生在東南亞。了解如何調(diào)節(jié)寄生蟲(chóng)不同生命周期階段之間的過(guò)渡仍然是瘧疾研究的重要目標(biāo)。

研究人員在UCR使用新一代測(cè)序技術(shù)來(lái)了解表觀遺傳學(xué)特征以及整個(gè)寄生蟲(chóng)生命周期中瘧原蟲(chóng)染色質(zhì)的組織方式。

“測(cè)序向我們展示了瘧原蟲(chóng)基因組的組織方式，”負(fù)責(zé)UCR傳染病和病媒研究中心的Le Roch說(shuō)。“我們觀察到在發(fā)病過(guò)程中具有階段特異性和重要性的基因彼此接近。當(dāng)它們不需要時(shí)，它們聚集在寄生核中的抑制中心。當(dāng)需要它們時(shí)，染色質(zhì)打開(kāi)并且基因移動(dòng)遠(yuǎn)離鎮(zhèn)壓中心。“

作者認(rèn)為，這些發(fā)現(xiàn)為瘧原蟲(chóng)生命周期中的基因組組織和動(dòng)力學(xué)帶來(lái)了新的洞察力，并開(kāi)辟了解決寄生蟲(chóng)基因調(diào)控的靶向方法的新途徑。

“在整個(gè)生命周期中抑制基因組重組的分子有可能成為有效的抗瘧藥，”Le Roch說(shuō)。“了解控制寄生蟲(chóng)發(fā)育的遺傳和表觀遺傳因素，包括導(dǎo)致疾病傳播的階段，是最終發(fā)展新的治療和傳播阻斷策略的關(guān)鍵。”

UCR綜合基因組生物學(xué)研究所的成員Le Roch最近獲得了美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院(National Institutes of Health)提供的5年320萬(wàn)美元的資助，以繼續(xù)她在瘧原蟲(chóng)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)方面的工作。

“這項(xiàng)慷慨的資助將使我們能夠開(kāi)發(fā)出最先進(jìn)的方法來(lái)表征蛋白質(zhì)和分子成分，從而在整個(gè)生命周期中調(diào)節(jié)惡性瘧原蟲(chóng)的基因表達(dá)和三維基因組結(jié)構(gòu)，”她說(shuō)。“我們希望我們的新研究能夠?yàn)榧纳x(chóng)的生物學(xué)提供新的見(jiàn)解，并幫助我們找出殺死寄生蟲(chóng)的新靶點(diǎn)。”