ミトコンドリアのペルオキシリドキシンは、アフリカトリパノソーマの発生段階に応じて異なる役割を果たしている

The mitochondrial peroxiredoxin displays distinct roles in different developmental stages of African trypanosomes.

• Marta Bogacz
• Natalie Dirdjaja
• Benedikt Wimmer
• Carina Habich
• R Luise Krauth-Siegel

抄録

アフリカトリパノソーマにおけるヒドロペルオキシリドキシンの還元は、2-Cys-ペルオキシリドキシン（Prxs）とグルタチオンペルオキシダーゼ型酵素（Pxs）に依存しており、どちらもトリパノチオンとトリパレドキシンのカップルから還元等価物を得て、トリパレドキシンペルオキシダーゼとして作用します。ペルオキシダーゼの細胞質形態は必須であるが、ミトコンドリアのmPrxとPx IIIは、血流トリパノソーマ・ブルセイでは役に立たないように見える。このことから、活性な呼吸鎖を欠いたミトコンドリアを特徴とするこの発生段階では、2つのペルオキシダーゼのうちの1つだけが必要とされるのではないかと考えられました。ここでは、Px III遺伝子を欠失させ、RNA干渉によりmPrxをダウンレギュレートした血流細胞が親細胞として増殖することを示し、両方のミトコンドリアのペルオキシダーゼが不必要であることを示している。しかし、培養温度を39℃に上げると、mPrx欠失細胞は死滅し、哺乳類宿主の発熱状況を模倣した条件下では、タンパク質が必須となることを示している。対照的に、昆虫ステージのプロサイクリックT. bruceiにおいてmPrxを枯渇させると、27℃の標準条件下では、ストレスがない状態で増殖障害が発生する。mPrxの非存在下では、ミトコンドリアマトリックスに発現したトリパレドキシン結合型roGFP2バイオセンサーはアンチマイシンA処理に反応しない。したがって、mPrxは、トリパノチオンジスルフィドの生成に伴ってミトコンドリアのHOを減少させ、ペルオキシダーゼとして作用する。しかし、mPrxが枯渇したプロサイクリック細胞では、細胞質やミトコンドリアのトリパノチオンの酸化還元状態に変化は見られず、外因性の酸化ストレスに対する感受性も上昇していません。長時間の mPrx 欠乏の後、細胞はほとんど増殖を停止し、高度に伸長した形状を示し、ミトトラッカーレッド染色が減少しました。哺乳類の血流であるT. bruceiやLeishmaniaの状況とは対照的に、mPrxはアフリカトリパノソーマの昆虫期の形態、ミトコンドリア機能、増殖に構成的な役割を果たしているように思われる。

Hydroperoxide reduction in African trypanosomes relies on 2-Cys-peroxiredoxins (Prxs) and glutathione peroxidase-type enzymes (Pxs) which both obtain their reducing equivalents from the trypanothione/tryparedoxin couple and thus act as tryparedoxin peroxidases. While the cytosolic forms of the peroxidases are essential, the mitochondrial mPrx and Px III appear dispensable in bloodstream Trypanosoma brucei. This led to the suggestion that in this developmental stage which is characterized by a mitochondrion that lacks an active respiratory chain, only one of the two peroxidases might be required. Here we show that bloodstream cells in which the Px III gene is deleted and mPrx is down-regulated by RNA interference, proliferate as the parental cells indicating that both mitochondrial peroxidases are dispensable. However, when we raised the culture temperature to 39 °C, mPrx-depleted cells died indicating that under conditions mimicking a fever situation in the mammalian host, the protein becomes essential. In contrast, depletion of mPrx in insect stage procyclic T. brucei causes a proliferation defect under standard conditions at 27 °C, in the absence of any stress. In the absence of mPrx, a tryparedoxin-coupled roGFP2 biosensor expressed in the mitochondrial matrix is unable to respond to antimycin A treatment. Thus mPrx reduces mitochondrial HO with the generation of trypanothione disulfide and acts as peroxidase. However, mPrx-depleted procyclic cells neither display any alteration in the cytosolic or mitochondrial trypanothione redox state nor increased sensitivity towards exogenous oxidative stressors suggesting that the peroxidase activity is not the crucial physiological function. After prolonged mPrx-depletion, the cells almost stop proliferation and display a highly elongated shape and diminished MitoTracker Red staining. In contrast to the situation in the mammalian bloodstream T. brucei and Leishmania, mPrx appears to play a constitutive role for the morphology, mitochondrial function and proliferation of the insect stage of African trypanosomes.

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