2月25日，我校醫(yī)學(xué)院、附屬同濟(jì)醫(yī)院教授張青鋒課題組聯(lián)合生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院江賜忠、廈門(mén)大學(xué)袁晶及美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生院Thomas Wellems等團(tuán)隊(duì)在《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》（PNAS）上發(fā)表了題為“5-methylcytosine modification by Plasmodium NSUN2 stabilizes mRNA and mediates the development of gametocytes”的研究性論著，首次揭示了表觀(guān)轉(zhuǎn)錄組調(diào)控瘧原蟲(chóng)配子生殖的表觀(guān)遺傳調(diào)控新機(jī)制，鑒定了新調(diào)控因子NSUN2并闡明其作用機(jī)制，為瘧疾傳播阻斷新措施的研發(fā)提供了新靶點(diǎn)。
瘧疾（malaria）是由瘧原蟲(chóng)感染引起的寄生蟲(chóng)病，與艾滋病、結(jié)核病并列全球三大傳染病之一，全球有近90個(gè)國(guó)家和地區(qū)存在瘧疾流行，每年約2.4億人感染，導(dǎo)致約60多萬(wàn)人死亡。我國(guó)雖然實(shí)現(xiàn)了消除瘧疾目標(biāo)，但目前仍有大量境外輸入病例，如何防止輸入再傳播是鞏固我國(guó)消除瘧疾成果的關(guān)鍵。瘧原蟲(chóng)的生活史需要經(jīng)歷人和按蚊兩個(gè)宿主，只有成熟的配子體才能通過(guò)按蚊傳播。因此，瘧原蟲(chóng)的配子生殖過(guò)程，即在人體內(nèi)紅細(xì)胞寄生階段的無(wú)性體向配子體的性分化和發(fā)育，是瘧原蟲(chóng)感染按蚊的關(guān)鍵，也是瘧疾傳播的決定性環(huán)節(jié)。在之前的研究中，張青鋒課題組已從轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平分別揭示了兩條調(diào)控瘧原蟲(chóng)配子生殖的表觀(guān)遺傳調(diào)控途徑：一是轉(zhuǎn)錄抑制因子AP2-G5與轉(zhuǎn)錄激活A(yù)P2-G協(xié)同調(diào)控整個(gè)配子生殖過(guò)程，包括性分化與性發(fā)育，直至成熟配子體的產(chǎn)生；二是RNA降解酶如RNase II和Rrp6等通過(guò)實(shí)時(shí)降解靶基因的新生RNA，調(diào)控配子生殖過(guò)程的啟動(dòng)（性分化）。但是，對(duì)于表觀(guān)轉(zhuǎn)錄組是否參與調(diào)控瘧原蟲(chóng)配子生殖，目前尚不清楚。
在此次研究中，課題組首先利用定量質(zhì)譜、BisSeq等技術(shù)，在單核苷酸水平上繪制了鼠瘧原蟲(chóng)與人瘧原蟲(chóng)不同發(fā)育階段（無(wú)性期和配子體期）的mRNA m5C甲基化修飾的全基因組圖譜。相對(duì)于豐富較高的m6A甲基化修飾，瘧原蟲(chóng)轉(zhuǎn)錄組中的m5C修飾水平較低，靶基因也相對(duì)較少，提示這種修飾可能具有更為特異的生物學(xué)功能。隨后，通過(guò)轉(zhuǎn)錄組和蛋白表達(dá)組分析發(fā)現(xiàn)，m5C修飾的mRNA具有更長(zhǎng)的半衰期，其蛋白質(zhì)水平也更高。這表明m5C修飾與瘧原蟲(chóng)轉(zhuǎn)錄本的穩(wěn)定性及翻譯水平具有正相關(guān)性，能夠在轉(zhuǎn)錄后水平上對(duì)瘧原蟲(chóng)的基因表達(dá)水平進(jìn)行矯正，從而實(shí)現(xiàn)不同基因的階段特異性表達(dá)。
值得關(guān)注的是，課題組通過(guò)對(duì)m5C靶向基因的功能聚類(lèi)分析，發(fā)現(xiàn)m5C修飾的生物學(xué)功能指向瘧原蟲(chóng)的有性生殖過(guò)程。在約氏瘧原蟲(chóng)和惡性瘧原蟲(chóng)基因組中，各有4個(gè)m5C甲基轉(zhuǎn)移酶候選基因，即Pynsun1~4及Pfnsun1~4，但是不清楚誰(shuí)是負(fù)責(zé)催化mRNA m5C甲基化修飾的關(guān)鍵基因。為此，課題組通過(guò)CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)對(duì)這些候選酶基因展開(kāi)了基因敲除工作，最終獲得了Pynsun1、Pynsun2及Pfnsun2等基因敲除蟲(chóng)株。通過(guò)表型分析發(fā)現(xiàn)，Pynsun2_KO與Pfnsun2_KO皆基本喪失了配子生殖能力，而且這種功能缺陷能夠通過(guò)基因修復(fù)而得以恢復(fù)。進(jìn)一步的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)：NSUN2蛋白是瘧原蟲(chóng)中負(fù)責(zé)mRNA m5C修飾的關(guān)鍵甲基轉(zhuǎn)移酶，它的缺失直接影響瘧原蟲(chóng)配子體發(fā)育相關(guān)的靶基因轉(zhuǎn)錄本m5C修飾水平，使瘧原蟲(chóng)產(chǎn)生成熟配子體的能力明顯下降；并在感染蚊子后，各個(gè)有性期發(fā)育階段的蟲(chóng)體數(shù)量也顯著下降，包括最終能夠感染人的子孢子階段，最終嚴(yán)重影響了瘧疾傳播的效率。
該研究通過(guò)表觀(guān)轉(zhuǎn)錄組組學(xué)分析，結(jié)合瘧原蟲(chóng)基因功能研究，首次繪制了瘧原蟲(chóng)m5C甲基化修飾為標(biāo)志的表觀(guān)轉(zhuǎn)錄組圖譜，并揭示了這種轉(zhuǎn)錄后修飾對(duì)瘧原蟲(chóng)有性生殖的調(diào)控作用及機(jī)制，不僅為全面理解瘧原蟲(chóng)有性生殖調(diào)控機(jī)制提供了新的理論，而且為阻斷瘧疾阻斷的新藥或疫苗研制提供了一個(gè)新靶點(diǎn)。
原文鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.2110713119