大学ホーム医学部医学部研究成果マラリア原虫のユニークなmRNA輸送機構

マラリア原虫のユニークなmRNA輸送機構

新倉 保(感染症学教室 寄生虫学部門 講師)

研究のハイライト
  • マラリア原虫のmRNAの輸送に関わるアダプタータンパク質のうち、NAB2とGBP2の細胞内局在を明らかにした
  • NAB2は核に局在し、赤血球ステージで重要な役割を果たすことが示された
  • GBP2は核と細胞質に局在し、生殖母体形成に関わるというマラリア原虫独特の役割を見出した
  • 免疫沈降-質量分析解析やRNA免疫沈降-RNA sequence解析を駆使することで、マラリア原虫のNAB2とGBP2がmRNAの輸送に関わることを裏付けた
Graphical abstract

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概要

この研究で局在の明らかになったNuclear poly(A) binding protein 2 (NAB2)とG-strand binding protein 2 (GBP2)は、アダプタータンパク質と呼ばれるRNA結合タンパク質で、核内で成熟したmRNAの品質管理に関わります。ヒトや酵母などの真核生物では、核外輸送受容体はアダプタータンパク質を認識し、核膜孔複合体を介して成熟したmRNAを細胞質へ輸送します。一方、原生生物のmRNA輸送機構はほとんど明らかにされていません。

 マラリア原虫は、原生生物の中で最も分子細胞生物学的研究が進んでいる生物の1つです。全ゲノム解析の結果から、マラリア原虫は核外輸送受容体を欠き、核膜孔形成に関わるタンパク質も非常に少ないことが明らかになりました (表1)。これらの結果から、マラリア原虫は、ヒトや酵母とは異なる機構でmRNAを細胞質に輸送していると考えられます。一方、マラリア原虫には、ヒトや酵母のアダプタータンパク質と相同性を有するタンパク質が存在することが示されています (表1)。しかし、それらのタンパク質の細胞内局在や役割は明らかにされていません。そこで本研究では、マラリア原虫のmRNA輸送機構を明らかにするためのfirst stepとして、マラリア原虫におけるアダプタータンパク質の役割と細胞内局在を明らかにすることを目的としました。

 表1. mRNA輸送に関わる分子

mRNA輸送に関わる分子

まず、各種のアダプタータンパク質を欠損したマラリア原虫を作出して表現型の解析を行ったところ、NAB2は赤血球ステージで重要な役割を果たすことが示されました (図1)。一方、GBP2は赤血球ステージの生殖母体形成に関わることが示されました (図1)。次に、NAB2とGBP2の細胞内局在を明らかにするために、NAB2とGBP2それぞれに蛍光タンパク質を付加して解析しました。その結果、ヒトや酵母と同様、NAB2は核に局在することが明らかになりました (図2)。一方、ヒトや酵母とは異なり、GBP2は核と細胞質に局在することを見出しました (図2)。

マラリア原虫の生活史とアダプタータンパク質の役割
ハマダラカが吸血する際にヒトの体内に侵入したマラリア原虫は、肝臓ステージを経て赤血球に侵入します。赤血球に侵入したマラリア原虫は輪状体、アメーバ体を経て、分裂体に分化します。その後、赤血球が破裂し、マラリア原虫が再び血中に放出されます。放出されたマラリア原虫は、新たな赤血球に侵入します。この赤血球内発育サイクルを繰り返すことでマラリア原虫は宿主体内で増殖します。一方、赤血球内発育サイクルにおいて、一部の原虫は有性生殖に関わる生殖母体に分化します。
マラリア原虫におけるNAB2とGBP2の細胞内局在
マラリア原虫 (Plasmodium berghei) がマウスの赤血球に侵入後18時間目に撮影。
スケールバー:5 µm

 NAB2またはGBP2と相互作用するタンパク質を明らかにするために免疫沈降-質量分析解析を行ったところ、NAB2はtransportinと相互作用することを見出しました。この結果から、ヒトや酵母と同様に、mRNAとともに核外に輸送されたNAB2はtransportinによって核内に戻されることが示唆されました。また、GBP2はRNA輸送に関わるPHAX proteinと相互作用することが示されました。これらの結果から、マラリア原虫のNAB2とGBP2はmRNAの輸送に関わることが示唆されました。そこで、NAB2とGBP2が結合するmRNAを解析するために、RNA免疫沈降-RNA sequence解析を行いました。その結果、NAB2とGBP2はそれぞれ異なるmRNA に結合することが明らかになりました。

 本研究で、マラリア原虫におけるアダプタータンパク質の役割と細胞内局在が明らかにされましたが、そのmRNA輸送機構は未だに多くの謎に包まれているため、さらなる研究が必要です。一方、ヒトや酵母とは全く異なる生存戦略をとる原生生物を研究することは、マラリア原虫のような病原体に対する新たな薬剤の開発に貢献するだけでなく、生物の形質や進化などを理解するために重要な意味を持ちます。


掲載論文
発表雑誌:Frontiers in Cellular and Infection Microbiology [15 September 2021]
論文タイトル:Roles and Cellular Localization of GBP2 and NAB2 During the Blood Stage of Malaria Parasites
筆 者:Niikura M, Fukutomi T, Mitobe J, Kobayashi F.
(新倉 保1、福冨 俊之2、三戸部 治郎1、小林 富美惠3(1:感染症学教室、2:薬理学教室、3:麻布大学 生命・環境科学部))
DOI: 10.3389/fcimb.2021.737457

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杏林学園広報企画調査室
E-mail:koho@ks.kyorin-u.ac.jp
Tel:0422-44-0611

2021年12月14日

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