弓形虫Ⅰ型ROP18抵抗宿主泛素依赖免疫的作用研究

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背景:宿主泛素系统介导的宿主免疫在抵御病原体入侵时起到重要作用。因此不少病原体通过其效应因子来操控宿主泛素系统从而逃避免疫清除。研究发现病原体如沙门氏菌感染人上皮细胞后可引起宿主细胞泛素蛋白组的变化。但目前还不清楚弓形虫感染能否操控宿主细胞尤其是免疫细胞的泛素系统,以实现感染和寄生,以及引起宿主细胞哪些蛋白泛素化水平发生变化更是不得而知。弓形虫效应分子ROP18是其主要毒力因子,其在抵抗宿主免疫清除中起到重要作用,但其在操控宿主泛素系统中的作用尚不清楚。本研究首先进行了弓形虫不同毒力株感染宿主细胞泛素化水平显著变化的蛋白质功能分析,之后重点探讨了毒力因子ROP18在弓形虫操控宿主泛素系统中的作用。方法:以弓形虫RH与ME49株速殖子感染THP-1细胞,标记为“N”(未感染组)、“RH”(RH株感染组),与“ME49”(ME49感染组)。收集细胞的总蛋白,应用泛素抗体富集泛素化的蛋白,通过蛋白定性质谱鉴定蛋白种类,用生物信息学方法分析感染组与对照组、不同毒力株感染组之间泛素化水平差异显著蛋白的基因本体论(GO)聚类、KEGG通路富集及蛋白-蛋白互作(Protein-Protein Interaction,PPI)网络。应用免疫共沉淀实验验证PPI节点蛋白CDC42的泛素化水平。分别用CEP(Ⅲ型虫株)、CEP+ROP18I(表达Ⅰ型ROP18的CEP虫株)、CEP+ROP18Ⅱ(表达Ⅱ型ROP18的CEP虫株)虫株感染IFN-γ激活的不同人细胞(HFF,HUVEC以及THP-1细胞),用间接免疫荧光法观察统计弓形虫纳虫泡膜(parasitophorous vacuole membrane,PVM)被泛素(Ubiquitin,Ub)标记的比例;同时用酸化指示剂Lyso-tracker标记酸化的纳虫泡(parasitophorous vacuole,PV),观察统计纳虫泡酸化的比例。HFF细胞经El泛素活化酶抑制剂PYE-41处理后感染上述三种虫株,观察并计算PVM被Ub标记的比例及PV酸化的比例。结果:经质谱鉴定,相比于对照组的显著差异性泛素化蛋白(differential ubiquitinated protein,DUP)分析,发现RH感染组有194种,ME49感染组有47种,两组均筛选到的有31种。不同感染组的DUP功能分析显示:RH感染组的DUP主要涉及能量代谢以及蛋白质合成、加工,GTPase活性,泛素连接酶等通路,ME49感染组的DUP则主要涉及肌动蛋白细胞骨架调节等通路。免疫共沉淀实验确定宿主CDC42在弓形虫感染后泛素化水平显著升高。相比于其他两个组,CEP+ROP18Ⅰ感染组中结合到弓形虫纳虫泡膜上的泛素显著减少(p<0.05),并且该组发生酸化的纳虫泡也显著降低(p<0.05)。而在PYR-41处理的细胞中,三种虫株发生酸化的纳虫泡均显著减少(p<0.05)。这说明弓形虫Ⅰ型ROP18(TgROP18Ⅰ)通过抑制Ub结合至纳虫泡膜上,从而阻止纳虫泡的酸化。结论:弓形虫感染引起宿主细胞的泛素化蛋白谱发生显著变化,与感染虫株的毒力相关;DUP包括细胞骨架、核糖体、泛素蛋白酶体途径的主要蛋白。TgROP18Ⅰ能够劫持宿主细胞泛素,从而使弓形虫逃避宿主免疫清除。
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