Haemonchus contortus 中潜在疫苗靶点的特征分析

《Molecular and Biochemical Parasitology》:Characterisation of potential vaccine targets in Haemonchus contortus

【字体: 时间:2026年02月22日 来源:Molecular and Biochemical Parasitology 1.5

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  牛鞭虫疫苗开发相关基因的功能分析与重组蛋白免疫原性研究。采用RNA干扰筛选出56个候选基因,其中41个显示显著表型。本研究克隆表达7个基因产物,发现HcFAS-TE活性受Orlistat抑制85%,血清及唾液抗体可识别HcFAS-TE、HcVHA-12、HcCBP-1、HcF36A2.3、HcDRS-1和HcERS-2。

  
夏洛特·布谢(Charlotte Bouchet)| 杰奎琳·奈特(Jacqueline Knight)| 谢拉莉·克莱兰(Sheralee Cleland)| 沃里克·格兰特(Warwick Grant)| 萨利赫·乌迈尔(Saleh Umair)
AgResearch有限公司,新西兰帕默斯顿北(Palmerston North)邮政信箱11-008

摘要

在最近的一项研究中,利用生物信息学和RNA干扰(RNAi)技术寻找导致Haemonchus contortus急性致死或发育停滞的基因。在选定的56个潜在目标基因中,有41个基因表现出强烈到中等的表型效应。随后选择了7个基因进行表达、纯化和特征分析。克隆了一个981个碱基对(bp)长的全长cDNA,该cDNA编码H. contortus的脂肪酸合成酶硫酯酶结构域(HcFAS-TE),并在大肠杆菌中表达该重组蛋白,并对其进行了生化表征。HcFAS-TE的蛋白质序列与Teladorsagia circumcinctaAncylostoma caninum的FAS-TE具有最高的相似性。重组HcFAS-TE的最佳底物浓度为125微摩尔(μM),而添加150微摩尔(μM)的奥利司他(Orlistat)可使HcFAS-TE的活性降低85%。此外,还克隆了1563个碱基对长的天冬氨酰tRNA合成酶(HcDRS-1)、3048个碱基对长的谷氨酰tRNA合成酶(HcERS-2)、1482个碱基对长的液泡ATP酶亚基A(HcVHA-12)、1362个碱基对长的转录共激活因子组蛋白乙酰转移酶结构域(HcCBP-1)以及1362个碱基对长的血清糖皮质激素诱导激酶(HcSGK-1)和1152个碱基对长的NADH依赖性氧化还原酶(HcF36A2.3),并在大肠杆菌中表达和纯化了这些蛋白。尽管实验条件有所不同,但未检测到HcDRS-1、HcERS-2或HcF36A2的活性。由于实验复杂性,未尝试检测HcSGK-1或HcVHA-12。来自具有野外免疫力的动物(而非未接触过寄生虫的动物)的血清和唾液中的抗体能够识别重组的HcFAS-TE、HcVHA-12、HcCBP-1、HcF36A2.3和HcDRS-1,但无法识别HcSGK-1,这表明免疫宿主已经对这些蛋白产生了反应。

引言

抗寄生虫药物耐药性是一个全球性问题,困扰着世界各地的畜牧业者。尽管建议采用综合寄生虫管理措施并减少抗寄生虫药物的使用,以减缓耐药性的发展,但仍需要其他控制方法。使用疫苗作为生物控制手段正逐渐受到重视,Babavax?疫苗已在世界各地用于控制Haemonchus contortus。多项研究成功利用重组蛋白作为疫苗来控制寄生虫感染。选择合适的抗原和制备合适的疫苗配方对于疫苗的成功至关重要。
RNA干扰(RNAi)是一种保守的生物学机制,最初在秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)中得到研究,大约25年前被发现[7]。这种机制通过使用来自目标基因序列的双链RNA(dsRNA)诱导相应信使RNA(mRNA)的序列特异性降解,从而实现基因沉默。在最近的一项研究中[8],RNAi被用来识别在Haemonchus contortus中具有潜在疫苗应用价值的候选基因。利用基于C. elegans的RNAi文库,筛选出能够引起急性RNAi表型的基因——尤其是那些影响幼虫发育的基因,共发现了56个H. contortus目标基因,其中41个基因表现出中等到强烈的表型效应。其中12个基因被选中进行重组表达和纯化,并评估了它们的免疫原性。本研究提供了这7个候选疫苗抗原的数据。
下面简要介绍了每个目标基因的背景信息,其生物学相关性在表1中列出。
脂肪酸合成酶FAS)是一种复杂的多功能酶,由两个相同的多功能多肽组成。fasn-1有两种类型,每种类型包含三个N端和四个C端结构域。线虫的FAS属于II型酶,能够催化从辅酶A合成棕榈酸,在C. elegansT. colubriformisB. ovis中对其生存至关重要[9]。虽然FAS对线虫的生存至关重要,但对哺乳动物来说并非必需,因此它可能是一个很好的线虫特异性靶点。由于其较大的分子量(在C. elegans中约为286千道尔顿(kDa),只能单独表达其各个结构域。在这7个结构域中,KS、KR和TE结构域特别有研究价值,因为它们之前已被用于癌症和肥胖症的药物治疗研究[10, 11, 12, 13]。
氨基酰-tRNA合成酶是必需的酶,负责将氨基酸连接到相应的tRNA上,确保遗传信息的准确翻译[14]。除了这一功能外,真核生物的tRNA合成酶还参与非翻译过程,如免疫调节、血管生成、细胞凋亡和转录调控,这表明它们具有作为抗菌靶点的潜力[15]。在本研究中,针对ers-2(谷氨酰-tRNA合成酶)和drs-1(天冬氨酰-tRNA合成酶)的RNAi处理显著减少了幼虫的发育,使其仅发育到L3阶段(表1)。
H. contortusNAD (P) H依赖性氧化还原酶F36A2.3)属于NAD(P)H依赖性氧化还原酶家族[16]。与C. elegans中的同源蛋白类似,该基因对H. contortus的生存至关重要,因为用dsRNA处理后只有28.5%的线虫能发育到L3阶段[8]。
血清和糖皮质激素诱导激酶(sgk-1)已被证明可以调控C. elegans的发育、应激反应和寿命[17]。在H. contortus中,RNAi处理后有64%的线虫能够发育到L3阶段。
液泡ATP酶vha-12)是驱动质子跨细胞膜转运的ATP泵[18]。据报道,液泡ATP酶的催化部分由A和B两个亚基组成,线虫中的相应亚基分别为vha-12vha-13
转录共激活因子cbp-1)在Haemonchus contortus中与哺乳动物的CBP和p300转录共激活因子同源,具有组蛋白乙酰转移酶(HAT)活性。这种活性对C. elegans中的蛋白质功能至关重要[19]。针对H. contortus cbp-1的RNAi处理导致只有53%的线虫能发育到L3阶段,而C. elegans中的RNAi处理则导致胚胎死亡。由于cbp-1的分子量较大(约227千道尔顿),在E. coli中完全表达并不实际,但如C. elegans所示,表达其活性结构域是可行的[19]。
其中一些目标基因以分泌产物(ESP)的形式存在,在寄生虫与宿主的相互作用中发挥复杂作用[20, 21, 22]。这些分泌产物含有多种蛋白质,可以抑制或刺激宿主的免疫反应,从而显著影响寄生虫的致病性。与宿主细胞的结合对于ESP的功能至关重要,通常涉及受体-配体相互作用(例如半乳糖苷结合蛋白与β-半乳糖苷的结合)。线虫的ESP通过多种机制调节宿主免疫:干扰抗原处理和抑制巨噬细胞及抗原呈递细胞(APC)的功能是最重要的因素[21]。
在这项研究中,通过RNAi筛选确定了7个Haemonchus contortus基因目标,对其进行了克隆、表达和纯化,并专门针对脂肪酸合成酶(FAS)进行了酶活性和宿主识别测试。

材料与方法

除非另有说明,所有化学试剂均从Sigma Chemical Co.(美国密苏里州圣路易斯)购买。使用实验动物培养和收获成年线虫以提取RNA的行为已获得AgResearch Grasslands动物伦理委员会的批准(批准编号#13052)。

HcFAS-TE序列

Haemonchus contortus成虫cDNA中扩增的981个碱基对长的HcFAS-TE结构域序列已存入Genbank(登录号OR669170)。预测的HcFAS-TE蛋白由327个氨基酸组成,与Teladorsagia circumcinctaAncylostoma caninum的FAS蛋白有95%的相似性。HcFAS-TE与Haemonchus placei(VDO39253.1)、C. elegans(NP492417.2)、T. circumcincta(PIO70264.1)、Ancylostoma caninum(RCN34590.1)和Drosophila melanogaster中的FAS同源物的蛋白质序列进行了比对

讨论

需要采取替代控制措施来应对抗寄生虫药物耐药性问题,而疫苗的开发是一个令人兴奋的研究方向。本研究的目的是对最近一项研究中鉴定出的潜在药物靶点进行分子和生化表征[8]。这些潜在靶点的全长cDNA被克隆到大肠杆菌表达载体中。
H. contortus在免疫学上非常复杂,能够表达和分泌多种多样的蛋白质

资金支持

感谢Merial公司的财政支持。[AgResearch合同编号10432/1]

作者贡献声明

沃里克·格兰特(Warwick Grant): 资金筹集、概念设计。萨利赫·乌迈尔(Saleh Umair): 文章撰写——审阅与编辑、初稿撰写。杰奎琳·奈特(Jacqueline Knight): 文章撰写——初稿撰写、方法学设计、概念设计。谢拉莉·克莱兰(Sheralee Cleland): 方法学设计。夏洛特·布谢(Charlotte Bouchet): 文章撰写——初稿撰写、方法学设计、数据分析。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。
致谢
作者感谢Sofia Khanum和Luis Carvalho对手稿的严格审阅。
利益冲突
作者声明没有利益冲突。
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