PfSWIB、病原体遺伝子の制御と寄生虫発生のための潜在的なクロマチン調節因子である

PfSWIB, a potential chromatin regulator for var gene regulation and parasite development in Plasmodium falciparum.

• Wei-Feng Wang
• Yi-Long Zhang

抄録

背景:

Plasmodium multigene (var) ファミリーの相互排他的な発現とクローナル変異の過程には、様々な転写因子が関与している。最近の研究では、P. falciparum SWI/SNF関連のマトリックス関連アクチン依存性クロマチン調節因子（PfSWIB）が、ステージ特異的プログラム細胞死（PCD）を引き起こす可能性があることが明らかになり、寄生虫の生存と発生に重要なだけでなく、他の未知のタンパク質と相互作用して寄生虫に深遠な影響を与えることが明らかになった。しかし、PfSIWBがこの病原性遺伝子の転写制御に関与しているかどうか、またその機能的特性は不明である。

BACKGROUND: Various transcription factors are involved in the process of mutually exclusive expression and clonal variation of the Plasmodium multigene (var) family. Recent studies revealed that a P. falciparum SWI/SNF-related matrix-associated actin-dependent regulator of chromatin (PfSWIB) might trigger stage-specific programmed cell death (PCD), and was not only crucial for the survival and development of parasite, but also had profound effects on the parasite by interacting with other unknown proteins. However, it remains unclear whether PfSIWB is involved in transcriptional regulation of this virulence gene and its functional properties.

方法:

条件付きノックダウン系「PfSWIB-FKBP-LID」を寄生体クローン3D7に導入し、ドラッグサイクリングとクローンスクリーニングにより統合寄生体株「PfSWIB-HA-FKBP-LID」を得た。成長曲線解析（GCA）を行い、96時間のインビトロ培養中の異なる寄生虫株の成長と発育を、寄生症を評価して調べた。最後に、qPCRアッセイを行い、様々な比較群におけるvar遺伝子の発現プロファイリング、および異なる寄生虫株におけるP. falciparumの単一の48hライフサイクル内でのvar遺伝子の相互に排他的な発現パターンを検出した。さらに、RNA-seqを用いて、異なる系統のvar遺伝子の発現を解析した。

METHODS: A conditional knockdown system "PfSWIB-FKBP-LID" was introduced to the parasite clone 3D7, and an integrated parasite line "PfSWIB-HA-FKBP-LID" was obtained by drug cycling and clone screening. Growth curve analysis (GCA) was performed to investigate the growth and development of different parasite lines during 96 h in vitro culturing, by assessing parasitemia. Finally, we performed qPCR assays to detect var gene expression profiling in various comparison groups, as well as the mutually exclusive expression pattern of the var genes within a single 48 h life-cycle of P. falciparum in different parasite lines. In addition, RNA-seq was applied to analyze the var gene expression in different lines.

結果:

GCAにより、PfSWIBを条件付きでノックダウンすると、P. falciparumの成長と発達を阻害することが明らかになりました。PfSWIB∆の寄生虫症は、PfSWIBおよび3D7株と比較して、インビトロ培養中の96時間で有意な減少を示した（P＜0.0001）。qPCRおよびRNA-seq解析により、PfSWIB∆株では、PfSWIBを枯渇させると、upsA、upsCおよび部分upsB var遺伝子がサイレンシングされるだけでなく、リングステージでの部分upsB var遺伝子のサイレンシングが除去されるだけでなく、P. falciparumの成熟ステージでのupsAおよび部分upsB/upsC var遺伝子の異常発現が、1回の48時間のライフサイクルの間に生じることが確認された。

RESULTS: GCA revealed that conditional knockdown of PfSWIB could interfere with the growth and development of P. falciparum. The parasitemia of PfSWIB∆ showed a significant decline at 96 h during in vitro culture compared with the PfSWIB and 3D7 lines (P < 0.0001). qPCR and RNA-seq analysis confirmed that depletion of PfSWIB not only silences upsA, upsC and partial upsB var genes, as well as removes the silencing of partial upsB var genes at the ring stage in PfSWIB∆ line, but also leads to aberrant expression of upsA and partial upsB/upsC var genes at the mature stage of P. falciparum, during a single 48-h life-cycle.

結論:

我々は、PfSWIBが亜種遺伝子発現のクローン変動に関与しており、原虫の生存と発生に重要な役割を果たしていることを明らかにした。これらの知見は、マラリア寄生虫の発症に寄与するPfSWIBのメカニズムと機能の理解を深めることにつながる可能性がある。

CONCLUSIONS: We demonstrated that PfSWIB was involved in the process of clonal variation in var gene expression, and crucial for the survival and development of Plasmodium parasite. These findings could provide better understanding of the mechanism and function of PfSWIB contributing to the pathogenesis in malaria parasites.