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. elegans、T. colubriformis和B. 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. contortus的NAD (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-12和vha-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。