Nat Comm | 中国农业科学院兰州兽医研究所朱兴全团队磷酸化修饰组揭示PP2A为弓形虫中的关键调节因子

2022-12-25 04:05:30, 景杰生物杭州景杰生物科技股份有限公司

景杰生物 | 报道

弓形虫是一种专性细胞内寄生原虫，具有多宿主、多阶段的高度复杂的生命周期。蛋白质翻译后修饰 (PTM) 广泛存在于弓形虫体内，通过调控蛋白质的结构和功能影响弓形虫在宿主细胞上的增殖，移行和致病力。中国农业科学院兰州兽医研究所朱兴全研究员课题组在先前的研究中通过丙二酰化修饰组学技术分析了弓形虫中不同毒力虫株间的丙二酰化修饰差异表达，证实了丙二酰化修饰参与弓形虫毒力调控 (中国农科院兰州兽医研究所朱兴全团队丙二酰化修饰组揭示弓形虫毒力调控机制)。

蛋白质磷酸化是生物界最广泛的一种蛋白质翻译后修饰。磷酸化和去磷酸化反应分别受蛋白激酶 (PK) 和磷酸酶 (PP) 的调节。在弓形虫中，激酶在许多过程中起着关键作用，包括调节寄生虫入侵、运动、复制、毒力、基因转录、代谢和阶段分化。然而目前关于蛋白质磷酸酶及其在弓形虫中的调节作用仍未完全阐明。

近日，朱兴全研究员团队在权威期刊Nature Communications上发表了题为"The protein phosphatase 2A holoenzyme is a key regulator of starch metabolism and bradyzoite differentiation inToxoplasma gondii" 的研究论文，发现弓形虫蛋白磷酸酶2A (PP2A) 全酶介导的去磷酸化在弓形虫生长、淀粉代谢和缓殖子转化中起重要作用，为进一步解析弓形虫碳水化合物代谢及缓殖子转化调节机制提供了重要新见解。景杰生物为该研究提供了磷酸化和高深度蛋白组学检测技术支持。

研究发现，弓形虫PP2A全酶由一个结构亚基PP2A-A、一个催化亚基PP2A-C和一个调节亚基PP2A-B组成。通过CRISPR-Cas9技术对PP2A进行敲除，发现弓形虫缺失任何一个PP2A亚基都会显著影响弓形虫的生长，并有大量的淀粉颗粒在虫体间和虫体内聚集。说明PP2A全酶对弓形虫的淀粉代谢和裂解生命周期至关重要，且这种作用通过PP2A去磷酸化一种或多种关键的淀粉结合蛋白来实现。

图1 弓形虫PP2A全酶表征

为了鉴定PP2A全酶的潜在底物，研究使用了磷酸化修饰组学技术对PruΔpp2a-c、PruΔcdpk2菌株及其亲本野生型Pru进行了分析，发现CDPK2激酶是PP2A的一个潜在底物，弓形虫缺失PP2A后，CDPK2 S679的位点磷酸化水平显著升高；PP2A通过调控CDPK2激酶的S679位点的去磷酸化来调节CDPK2的活性，并进而调控淀粉代谢。

图2 磷酸化修饰组学分析流程及结果

前期研究表明弓形虫CDPK2激酶能够调节淀粉的代谢，缺失CDPK2会导致大量的淀粉颗粒在虫体间和虫体内聚集，但不影响速殖子向缓殖子的转化。该研究通过组学技术发现缓殖子标志物如BAG1，ENO1，LDH2在Pru和PruΔcdpk2中比PruΔpp2a-c更丰富。此外，任何PP2A亚基的缺失都会导致弓形虫不能由速殖子向缓殖子转化。该研究鉴定出PP2A的4个潜在底物，发现这4个底物缺失后都会影响弓形虫由速殖子向缓殖子转化，PP2A可能通过调控参与缓殖子转化蛋白的磷酸化水平来调控弓形虫的缓殖子转化。

图3 四种超磷酸化蛋白对寄生虫分化很重要

综上所述，该文章利用了磷酸化修饰组学研究了弓形虫中异源三聚体PP2A全酶的功能。结果表明，PP2A介导的去磷酸化在寄生虫生长、毒力、淀粉代谢和缓锌矿分化中起着重要作用。这为PP2A作为弓形虫淀粉代谢和缓佐石分化的关键调节因子的作用提供了新的见解。

图4 PP2A 全酶作为调节网络的组成部分的示意图

该论文第一作者兼共同通讯作者是中国农业科学院兰州兽医研究所“畜禽重要人兽共患病研究”创新团队的王金磊副研究员，他是朱兴全教授2017年毕业的硕博连读生。朱兴全教授是论文主要通讯作者。研究合作者还包括英国诺丁汉大学兽医学院Hany M. Elsheikha教授和美国华盛顿大学医学院L. David Sibley教授。

朱兴全教授是山西农业大学2020年引进的高层次人才。入职两年多来，他在Clinical Microbiology Reviews、Nature Communications、Journal for ImmunoTherapy of Cancer、Infectious Diseases of Poverty等国际著名期刊发表多篇高水平论文，他已连续8年 (2014-2021) 入选Elsevier (爱思唯尔) “中国高被引学者”榜单。