浙江大学研究员以第一和通讯作者在一区top期刊研究成果,揭示蜱虫高效传播病原体的新机制

学术   2024-11-02 14:05   法国  
近日,浙江大学汤小天课题组和美国耶鲁大学合作mBio杂志(中科院生物学一区Top)在线发表了题为Dual roles for a tick protein disulfide isomerase during the life cycle of the Lyme disease agent”的研究论文。这项研究揭示了蜱虫蛋白二硫键异构酶(PDI)在病原体定居与传播过程中的核心作用,并对其作用机理进行了深入分析,为新型媒介传播疾病疫苗的研发提供了新靶标。



蜱虫作为重要的媒介生物,不仅能够叮咬宿主吸取血液,还能通过其唾液传递多种病原体,比如细菌、病毒及寄生虫等,导致各种慢性乃至致命性疾病,给全球公共卫生带来了重大挑战。PDI通常被认为是内质网中最重要和最丰富的酶之一,它主要负责确保分泌蛋白的正确折叠与组装。然而,PDI也被发现在细胞的不同区域存在,包括细胞质、线粒体、细胞外基质以及细胞表面,表明PDI可能具备多重功能。


本研究选取了硬蜱(Ixodes scapularis)及其所携带的莱姆病病原体(Borrelia burgdorferi)作为研究对象,首次从硬蜱基因组中鉴定了五个蛋白二硫键异构酶基因(图1A)。其中,硬蜱蛋白二硫键异构酶A6 (IsPDIA6) 的表达受到莱姆病病原体的影响。研究发现,下调IsPDIA6的表达虽然增加了Borrelia在蜱虫中肠内的感染率,但却降低了Borrelia从蜱虫向宿主传播的效率。进一步研究表明,IsPDIA6在蜱虫中肠和唾液腺中均有高表达,提示IsPDIA6可能具有双重功能。实验结果显示,IsPDIA6重组蛋白对Borrelia本身无直接影响,但它通过调控中肠内的胰蛋白酶抑制剂来保护Borrelia免受破坏(图1B)。此外,IsPDIA6还能够在蜱虫叮咬过程中被分泌至宿主体内,调节局部免疫反应,例如调整宿主细胞因子(如TNF-α、IFN-γ、IL-6等)的表达水平(图1C)。通过流式细胞技术分析得知,IsPDIA6并不直接与免疫细胞表面结合,这意味着它可能是通过与免疫细胞分泌的蛋白或细胞内蛋白相互作用来调控细胞因子的表达。进一步的点突变实验表明,IsPDIA6的第一个CGHC酶活性位点对于其免疫调节功能至关重要(图1D)。



1:(A)蜱虫蛋白质二硫键异构酶基因的鉴定。(BIsPDIA6调控蜱虫中肠胰蛋白酶抑制剂的表达。(CIsPDIA6调控蜱虫叮咬处的宿主免疫反应,包括改变宿主细胞因子的表达。(DIsPDIA6点突变明确参与免疫调节作用的酶活性位点。

以往的研究普遍认为蛋白二硫键异构酶的功能主要限于细胞内部,且主要影响细胞内病原体的存活。而这项研究则证明了蛋白二硫键异构酶同样可以影响细胞外病原体的生存。此外,大多数相关研究聚焦于哺乳动物中的蛋白二硫键异构酶,本研究不仅填补了关于节肢动物媒介中此类酶影响病原体感染的空白,而且还明确了其具体的作用机制 (图2)。

2:蜱虫蛋白质二硫键异构酶调控莱姆病菌定殖和传播机制示意图。

本论文以浙江大学为第一单位。汤小天研究员为唯一通讯作者和第一作者。耶鲁大学Erol Fikrig院士对本研究提供了大量的帮助和支持,包括活体实验平台和大部分经费的支持。


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