ミャンマー東部および西部国境地帯に生息するPlasmodium vivax Duffy-binding protein遺伝子の遺伝的多様性、自然選択およびハプロタイプのグループ化

Genetic diversity, natural selection and haplotype grouping of Plasmodium vivax Duffy-binding protein genes from eastern and western Myanmar borders.

• Yubing Hu
• Lin Wang
• Huguette Gaelle Ngassa Mbenda
• Myat Thu Soe
• Chunyun Yu
• Hui Feng
• Myat Phone Kyaw
• Liwang Cui
• Xiaotong Zhu
• Yaming Cao

抄録

背景:

赤血球の侵入に関与するマラリア寄生虫のメロゾイトタンパク質は宿主免疫によって選択され、その多様性はマラリア疫学の変化に大きく影響される。大メコン小地域（Greater Mekong Subregion: GMS）では、マラリア感染が国境沿いに集中しており、多くの地域でPlasmodium vivaxが優占種となるなどマラリア疫学が大きく変化している。本研究では、ミャンマー東部および西部国境から分離されたP. vivax Duffy-binding protein gene domain II（pvdbp-II）の遺伝的多様性を評価し、全世界のP. vivax集団の遺伝的多様性と比較した。

BACKGROUND: Merozoite proteins of the malaria parasites involved in the invasion of red blood cells are selected by host immunity and their diversity is greatly influenced by changes in malaria epidemiology. In the Greater Mekong Subregion (GMS), malaria transmission is concentrated along the international borders and there have been major changes in malaria epidemiology with Plasmodium vivax becoming the dominant species in many regions. Here, we aimed to evaluate the genetic diversity of P. vivax Duffy-binding protein gene domain II (pvdbp-II) in isolates from the eastern and western borders of Myanmar, and compared it with that from global P. vivax populations.

方法:

pvdbp-IIの配列は、ミャンマー東部および西部国境から分離された臨床分離株85株および82株からそれぞれ得られた。さらに、世界の9つのP. vivax集団から504個のpvdbp-II配列をGenBankから取得し、寄生虫集団の遺伝的多様性、組換え、集団構造の比較解析に使用した。

METHODS: pvdbp-II sequences were obtained from 85 and 82 clinical P. vivax isolates from the eastern and western Myanmar borders, respectively. In addition, 504 pvdbp-II sequences from nine P. vivax populations of the world were retrieved from GenBank and used for comparative analysis of genetic diversity, recombination and population structure of the parasite population.

結果:

ミャンマー国境の寄生虫分離株のpvdbp-IIの塩基配列の多様性は一様ではなく、最も多様性が高いのは1078から1332の塩基配列であった。西部ミャンマー単離株は、ユニークなR391C変異を有していた。ミャンマー東部地域から分離されたP. vivaxのpvdbp-II遺伝子には、正の自然淘汰の証拠が検出された。ミャンマー東部、西部、中部、タイを含むGMSのP. vivax寄生個体群では、低レベルの遺伝的分化が認められた（F, 0.000-0.099）。pvDBP-IIの配列を解析したところ、GMSの個体群は4つの遺伝的クラスターに分かれていた。GMS集団の210の配列から、合計60のPvDBP-IIハプロタイプが同定された。PvDBP-IIのエピトープのうち、エピトープ45(379-SIFGT(D/G)(E/K)(K/N)AQQ(R/H)(R/C)KQ-393、π=0.029)とIa(416-G/G)に高い遺伝的多様性が認められた。029)とIa(416-G(N/K)F(I/M)WICK(L/I)-424], Ib [482-KSYD(Q/E)WITR-490, π=0.028)をミャンマーの東西国境から採取したP. vivax個体群に見られた。

RESULTS: The nucleotide diversity of the pvdbp-II sequences from the Myanmar border parasite isolates was not uniform, with the highest diversity located between nucleotides 1078 and 1332. Western Myanmar isolates had a unique R391C mutation. Evidence of positive natural selection was detected in pvdbp-II gene in P. vivax isolates from the eastern Myanmar area. P. vivax parasite populations in the GMS, including those from the eastern, western, and central Myanmar as well as Thailand showed low-level genetic differentiation (F, 0.000-0.099). Population genetic structure analysis of the pvdbp-II sequences showed a division of the GMS populations into four genetic clusters. A total of 60 PvDBP-II haplotypes were identified in 210 sequences from the GMS populations. Among the epitopes in PvDBP-II, high genetic diversity was found in epitopes 45 (379-SIFGT(D/G)(E/K)(K/N)AQQ(R/H)(R/C)KQ-393, π = 0.029) and Ia (416-G(N/K)F(I/M)WICK(L/I)-424], Ib [482-KSYD(Q/E)WITR-490, π = 0.028) in P. vivax populations from the eastern and western borders of Myanmar.

結論:

pvdbp-II遺伝子は、ミャンマー国境の東部と西部のP. vivax集団において遺伝的に多様であった。pvdbp-II遺伝子には正の自然淘汰と組換えが起こった。また、低レベルの遺伝的分化が確認されたことから、ミャンマー国境地帯におけるP. vivax集団の遺伝子フローが広範囲に亘っていることが示唆された。これらの結果は、地域的なマラリア撲滅の過程でのP. vivax集団の進化を理解し、PvDBP-IIをベースとしたワクチンの設計の指針となる可能性がある。

CONCLUSIONS: The pvdbp-II gene is genetically diverse in the eastern and western Myanmar border P. vivax populations. Positive natural selection and recombination occurred in pvdbp-II gene. Low-level genetic differentiation was identified, suggesting extensive gene flow of the P. vivax populations in the GMS. These results can help understand the evolution of the P. vivax populations in the course of regional malaria elimination and guide the design of PvDBP-II-based vaccine.