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褐色マダニRhipicephalus sanguineus (s.l.)のサイアロトランスクリプトームとサイアロプロテオームの統合的解析。血液摂食時の遺伝子発現の解明
Integrated analysis of sialotranscriptome and sialoproteome of the brown dog tick Rhipicephalus sanguineus (s.l.): Insights into gene expression during blood feeding.
PMID: 32673754 DOI: 10.1016/j.jprot.2020.103899.
抄録
マダニの唾液腺は、脊椎動物の止血、免疫、組織修復機構を調節する複合的な唾液を宿主に分泌する。トランスクリプトーム研究により、単一のマダニ種において、構造および分泌されるタンパク質産物をコードする多数の転写産物が明らかになった。これらの転写産物は、その産生物に応じていくつかの大きなファミリーに分類されている。これらの転写産物は、すべての転写産物が同時に発現しているわけではなく、転写プロファイルが間隔をおいて切り替わることから、「サイロム・スイッチング」と呼ばれる現象を特徴づけています。本研究では、トランスクリプトーム解析とプロテオーム解析を用いて、ウサギを餌とするRhipicephalus sanguineus (s.l.)の雌成虫のサイアロームを探索した。異なるグループにおける転写結果と翻訳結果の相関関係を評価した結果、「サイアロームの切り替え」を確認し、発現の切り替えが宿主免疫からの脱出のメカニズムとして機能している可能性があるという考えを検証した。また、リポカリンファミリーとメタロプロテアーゼファミリーにおいて組換えのブレークポイントが同定され、このメカニズムがマダニのサイアロームにおける多様性の源である可能性が示唆された。もう一つの注目すべき観察は、マダニの唾液腺内容物の構成要素として宿主由来のタンパク質が同定されたことである。これらの結果および開示された配列は、マダニの摂食生物学の理解、新規なマダニ対策法の開発、および新規な薬理学的活性物質の発見に貢献している。重要性：マダニは、それ自体がヒトや動物にとって重荷であり、ウイルス、細菌、原虫、蠕虫症の媒介者でもある。マダニの唾液には、抗凝固作用、抗血小板作用、血管拡張作用、免疫調節作用があり、それによって摂食や病原体の伝達が成功しています。以前のトランスクリプトーム研究は、分泌された唾液タンパク質をコードする1,000以上の転写物を持っていることを示しています。これらの転写産物は多様なファミリーのタンパク質をコードしているが、すべてが同時に転写されるわけではなく、むしろ一過性に連続して転写される。唾液分泌タンパク質をコードするタンパク質の配列が掲載されている。2万以上の配列のタンパク質データベースは、6億以上のヌクレオチドリードから"de novo"組み立てられ、そこから2000以上のポリペプチドが質量分析によって同定された。プロテオミクスデータは、転写プロファイルに応じて時間的に変化することが示され、発現スイッチが宿主免疫からの脱出のメカニズムとして機能する可能性があるという考えを検証した。リポカリンおよびメタロプロテアーゼをコードする転写物の解析は、それらの遺伝子がブレークポイント組換えのシグナルを含むことを示しており、ダニの唾液タンパク質の大きな多様性の原因となる新しいメカニズムを示唆している。これらの結果および開示された配列は、マダニが外寄生虫としての成功を享受していることの理解、新規なマダニ対策法の開発、および新規な薬理学的活性製品の発見に貢献している。
Tick salivary glands secrete a complex saliva into their hosts which modulates vertebrate hemostasis, immunity and tissue repair mechanisms. Transcriptomic studies revealed a large number of transcripts coding for structural and secreted protein products in a single tick species. These transcripts are organized in several large families according to their products. Not all transcripts are expressed at the same time, transcription profile switches at intervals, characterizing the phenomenon of "sialome switching". In this work, using transcriptomic and proteomic analysis we explored the sialome of Rhipicephalus sanguineus (s.l.) adult female ticks feeding on a rabbit. The correlations between transcriptional and translational results in the different groups were evaluated, confirming the "sialome switching" and validating the idea that the expression switch may serve as a mechanism of escape from the host immunity. Recombination breakpoints were identified in lipocalin and metalloprotease families, indicating this mechanism could be a possible source of diversity in the tick sialome. Another remarkable observation was the identification of host-derived proteins as a component of tick salivary gland content. These results and disclosed sequences contribute to our understanding of tick feeding biology, to the development of novel anti-tick methods, and to the discovery of novel pharmacologically active products. SIGNIFICANCE: Ticks are a burden by themselves to humans and animals, and vectors of viral, bacterial, protozoal and helminthic diseases. Their saliva has anti-clotting, anti-platelet, vasodilatory and immunomodulatory activities that allows successful feeding and pathogen transmission. Previous transcriptomic studies indicate ticks to have over one thousand transcripts coding for secreted salivary proteins. These transcripts code for proteins of diverse families, but not all are transcribed simultaneously, but rather transiently, in a succession. Here we explored the salivary transcriptome and proteome of the brown dog tick, Rhipicephalus sanguineus. A protein database of over 20 thousand sequences was "de novo" assembled from over 600 million nucleotide reads, from where over two thousand polypeptides were identified by mass spectrometry. The proteomic data was shown to vary in time with the transcription profiles, validating the idea that the expression switch may serve as a mechanism of escape from the host immunity. Analysis of the transcripts coding for lipocalin and metalloproteases indicate their genes to contain signals of breakpoint recombination suggesting a new mechanism responsible for the large diversity in tick salivary proteins. These results and the disclosed sequences contribute to our understanding of the success ticks enjoy as ectoparasites, to the development of novel anti-tick methods, and to the discovery of novel pharmacologically active products.
Copyright © 2020. Published by Elsevier B.V.