PfAP2-V对恶性疟原虫var基因家族转录调控的机制研究

Malaria caused by Plasmodium parasites is count for one of the three major human infectious diseases in the world, and becomes also a major problem in the field of human disease prevention and control. Plasmodium falciparum can successfully escape the attack of human immune system, the key mechanism is the mutually exclusive expression strategy of the var gene family, in which each of 60 members encode a surface antigen called PfEMP1. At present, the key transcription factors and the regulation mechanism of var gene family is not clear. In our unpublished study, a transcription factor PfAP2-V that can control expression of all var genes was identified for the first time. To explore its molecular mechanism in var gene regulation, the following studies will be carried out: 1). Identify the mechanism of PfAP2-V in regulating the transcription of var genes, and to isolate the transgenic parasite clones containing PfSET2 knockout and PfAP2-V overexpression, which can simultaneously and highly express all the var gene product PfEMP1. 2).Identify the biochemical activity of the key transcription factor and its molecular mechanism, related to PfAP2-V. This study will improve the understanding of immune evasion in Plasmodium faciparum, and will also benefit the development of malaria vaccines.

由疟原虫导致的疟疾是当前人类三大传染病之一，也是人类疾病防治领域的一大难题。恶性疟原虫可以成功地在人体内实现免疫逃逸，其关键机制是疟原虫表面抗原var基因家族内60个基因成员之间的相互排斥性表达策略。目前，调节var基因家族转录的关键性转录因子及其作用机制尚不清楚。在申请人前期研究中，已首次鉴定到一个var基因家族广谱转录因子PfAP2-V，为探索其参与调节var基因相互排斥性表达的分子机制，本项目拟开展如下研究：1）鉴定PfAP2-V调节不同var基因转录的作用方式及分子机制，筛选可同时、高效表达全部var基因产物PfEMP1的双基因编辑恶性疟原虫克隆；2）鉴定与PfAP2-V共调控var基因转录的其他关键调控因子的生化活性，及其作用的分子机制。本研究对揭示恶性疟原虫规避人体免疫反应的调控机制具有重要意义，也将为疟疾疫苗研制提供实验依据。

疟疾是一种由疟原虫感染而引起的全球性重大传染病，其与艾滋病、结核病并称为世界三大传染病。由于日益严重的临床耐药性等问题，疟疾尤其是由恶性疟疾原虫导致的恶性疟疾每年在全球范围内造成2-3亿的感染病例和近40万人死亡，全球约一半人口面临被感染的风险，其已成为当今社会可持续性发展和实现全球“同一健康”目标的关键阻碍。如何应对疟疾在热带、亚热带国家和地区的传播与流行，是目前全球公共卫生与人类健康面临的共同挑战和急需解决的关键科学问题。针对以上问题，本项目针对疟原虫生长发育过程中关键致病基因的转录调控机制进行了深入研究，开发了一套全新的疟原虫基因表达条件性调节系统，并利用该系统筛选到了多个潜在的疟疾防治靶点。在此基础上开展应用研究，建立了高通量的药物筛选体系并成功筛选到多个抗疟候选化合物。具体研究成果包括以下几个方面：1、基于CRISPR/dCas9技术开发了一套全新的疟原虫基因转录条件性调节系统，大大缩短了疟原虫基因功能研究的周期，相关研究成果发表在国际著名期刊PNAS上；2、基于此系统我们成功研究并证明了疟原虫DNA解旋酶PfRecQ1能通过调节var基因promoter区域的H3K9me3的水平来调控var基因的转录，相关研究成果发表在国际著名期刊PNAS上；3、证明了var基因的aslncRNA能特异性的激活对应var基因的转录，aslncRNA可能在var基因的相互排斥性表达策略中发挥着重要的作用，相关研究成果发表在Front Microbiol上；4、证明了PfAP2-V作为转录激活因子，能特异性的结合到疟原虫茂式结构相关基因的promoter区域并调控他们的表达，从而来调控疟原虫免疫逃逸，相关研究成果正在整理发表。5、以表观遗传学抑制剂库为基础，通过高通量药物筛选系统，成功筛选到多个抗疟先导化合物，其中一个化合物JL01以进入临床前研究阶段并递交了第二轮Pre-IND，相关研究成果发表在Cell Discovery上。本项目执行过程中以基础研究入手，开发了新的研究方法和手段，为全世界疟疾基因功能的研究提供了新的解决思路，重要致病基因的转录调控研究让我们更为清晰的了解了疟原虫的致病机制，也为疟疾的防治提供了的潜在靶点。同时，应用研究结果则直接为疟疾的治疗提供了新的候选化合物。