블로그

Sep 14, 2023

미포자충 Anncaliia algerae의 압출된 극관에서 극관 단백질의 식별 및 위치 파악

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8773(2023) 이 기사 인용 311 액세스 측정 항목 세부 정보 미세포자충은 다음과 같은 광범위한 숙주를 감염시킬 수 있는 절대 세포내 기생충입니다.

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8773(2023) 이 기사 인용

311 액세스

측정항목 세부정보

미소포자충은 무척추동물부터 척추동물까지 광범위한 숙주를 감염시킬 수 있는 절대 세포내 기생충입니다. 침입 과정의 성공은 포자에서 갑자기 압출되어 포자질을 숙주 세포질에 접종하는 원래의 세포소기관인 극성관에 기초합니다. 극관은 주로 극관 단백질(PTP)이라는 단백질로 구성됩니다. 비교 분석을 통해 우리는 미포자체 Anncaliia algerae의 게놈에서 5개의 PTP(PTP1~PTP5)를 코딩하는 유전자를 식별할 수 있었습니다. PTP1과 PTP2는 극관 전체에서 발견되는 반면, PTP3은 압출된 극관의 말단 부분을 제외하고 많은 부분에 존재합니다. 이에 반해, PTP4는 극관의 말단 부분에서 특이적으로 검출됩니다. PTP 레퍼토리를 완성하기 위해 고농도의 환원제를 사용하여 순차적 포자 단백질 추출을 수행했습니다. 또한, 극지관을 정제하는 방법도 개발됐다. 두 샘플 모두에 대해 수행된 질량 분석을 통해 PTP3 유사 단백질(PTP3b)과 극관 끝에서만 발견되는 새로운 PTP(PTP7)가 확인되었습니다. PTP의 특정 위치는 A. algerae가 사용하는 세포 침입 과정에서 PTP의 역할에 대한 질문을 던집니다.

Microsporidia는 곰팡이와 관련된 절대 세포 내 기생충입니다. 인간을 포함하여 곤충부터 포유동물까지 광범위한 숙주를 감염시킬 수 있는 약 220속, 1700종이 있습니다1. 미세포자충에 대한 관심은 주로 HIV 환자와 면역억제제를 복용하는 사람들을 포함한 면역 저하 환자의 인간 질환과 관련되어 최근 수십 년 동안 증가했습니다2,3. 그러나 미포자충은 기회감염 병원체로 간주될 뿐만 아니라 면역 능력이 있는 숙주에서 감염의 원인이 될 수도 있습니다4,5. 원래 Anopheles stephensi 모기에서 확인된 Anncaliia(동의어 Nosema, Brachiola) 해조류를 포함하여 여러 종들이 인간을 감염시킬 수 있습니다6. 이 종은 근염의 새로운 원인으로 간주되지만 주로 면역 억제 환자에서 성대, 피부, 안구 또는 파종성 감염과도 관련이 있습니다7. A. algerae는 또한 SCID 마우스8에서 감염을 일으키는 것으로 알려져 있으며8 최근에는 Drosophila melanogaster9를 감염시키는 것으로 나타났습니다. 시험관 내에서 이 미포자충 종은 곤충10, 어류11 및 포유류 세포12를 포함한 광범위한 세포주에서 자랄 수 있습니다.

미세포자충은 환경에서 감염성이 있고 저항성이 높은 형태인 포자를 특징으로 하며, 포자는 종에 따라 크기가 약 1~20μm입니다. 포자는 포자질, 즉 기생충의 감염성 내용물을 묘사하는 두껍고 단단한 세포벽으로 둘러싸여 있습니다13. 미포자충은 또한 가장 매혹적인 침입 메커니즘 중 하나에 관여하는 극관이라는 독특한 세포소기관 때문에 큰 주목을 받습니다. 포자가 잘 정의되지 않은 환경 조건에 노출되면 이 고도로 특수화된 코일 구조는 빠르게 압출되어 포자질(핵 포함)을 숙주 세포의 세포질로 운반하고 전달하는 데 필요한 빈 튜브를 형성합니다14. 포자 발아라고 불리는 이 과정은 2초 이내에 발생합니다.

극성 튜브는 세제와 산에서 해리에 저항하는 것으로 알려진 다단백질 복합체이지만 디티오트레이톨(DTT) 또는 2-머캅토에탄올(2-ME)과 같은 환원제에 용해되므로 이황화물 다리가 이 구조를 안정화하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 시사합니다. 지금까지 그 구성에 대해 수행된 연구를 통해 극관 단백질(PTP)로 알려진 핵심 단백질이 확인되었습니다. 6개의 PTP(PTP1~PTP6)가 수많은 미포자자 종에서 기술되었습니다. Encephalitozoon cuniculi와 E. hellem17,18에서 확인된 최초의 극관 성분인 PTP1은 산성 프롤린이 풍부한 단백질입니다. 또한, 이 PTP는 O-만노실화되어 있으며 종간 서열 차이가 높은 것이 특징입니다19,20. PTP2 단백질은 라이신이 풍부한 단백질이며 기본 등전점을 가지고 있습니다. PTP1과 PTP2는 둘 다 단백질 내부 및/또는 단백질 간 이황화 결합에 관여할 수 있는 많은 시스테인 잔기를 나타냅니다. Encephalitozoon spp ptp1 및 ptp2 유전자는 클러스터로 구성되어 있으며 이 조직은 여러 미포자체 게놈 사이에 보존되는 것으로 보입니다21,22. cDNA 라이브러리의 면역스크리닝을 통해 E. cuniculi에서 처음으로 기술된 PTP3은 하전된 아미노산이 풍부한 고분자량 단백질(> 1100 aa)이며 PTP1 및 PTP2와 달리 티올 환원제 없이 용해됩니다. PTP3 계열의 단백질은 이용 가능한 모든 미포자체 프로테옴에서 발견되며 PTP1 및 PTP2보다 더 보존된 것으로 나타났습니다. 흥미롭게도, 교차결합된 극성관 단백질 추출물과 효모 2가지 하이브리드 분석 모두 PTP1, PTP2 및 PTP3가 서로 상호작용하는 것으로 나타났습니다23,24. 시스테인이 없는 PTP3은 다른 PTP와의 상호작용을 통해 골격 단백질이 될 수 있습니다. 그 후 E. cuniculi의 단백질체 기반 접근 방식을 통해 PTP4 및 PTP525라는 두 가지 새로운 PTP를 식별할 수 있었습니다. E. cuniculi PTP4 단백질은 글루타메이트가 풍부한 반면, PTP5는 라이신 잔기가 풍부하고 PTP4 서열과 20%의 유사성을 나타냅니다. ptp1 및 ptp2 유전자와 마찬가지로 ptp4 및 ptp5 유전자도 클러스터에서 발견되며 오솔로그는 많은 미세포자체 게놈에 존재합니다15. 누에 기생충인 Nosema Bombycis에 기술된 더 최근에 확인된 PTP6은 히스티딘과 세린이 풍부한 단백질로, 그 오솔로그는 제한된 수의 종(Encephalitozoon spp 및 N. ceranae, 꿀벌 기생충)에서만 확인되었으며 PTP6에 결합할 수 있습니다. 숙주 세포 표면16. 미포자충의 높은 진화율로 인해 PTP는 종 간의 서열 차이가 높아서 오솔로그의 식별을 어렵게 만드는 것이 특징입니다.