在曼氏血吸虫（Schistosoma mansoni）不同发育阶段中，从头发现翻译后组蛋白修饰现象

《Molecular and Biochemical Parasitology》：De-novo discovery of posttranslational histone modifications in Schistosoma mansoni stages

【字体：大中小】 时间：2026年05月19日 来源：Molecular and Biochemical Parasitology 1.5

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　　朱莉安娜·加尔迪尼·科斯塔（Giulliana Galdini Costa）|若昂·保罗·卢兹（Jo?o Paulo Luz）|拉里萨·弗兰科·莫雷拉（Larissa Franco Moreira）|考昂·达·席尔瓦·奥利维拉·特奥多罗（Cau? da Silva Oliveir

巴西坎皮纳斯州立大学（Universidade Estadual de Campinas）动物生物学系

摘要

曼氏血吸虫（Schistosoma mansoni）是一种寄生扁虫，可引发血吸虫病。约有2.5亿人感染了这种寄生虫，需要接受药物治疗。目前，吡喹酮（Praziquantel）是唯一可用的药物，但它对早期感染阶段无效。因此，迫切需要开发新的药物。组蛋白的翻译后修饰（PTM）对寄生虫的生命周期至关重要，使其成为合适的药物靶点。然而，许多这些修饰在人类和寄生虫之间是保守的，这可能会给患者带来严重的副作用。因此，识别曼氏血吸虫特有的组蛋白PTM至关重要。

我们采用了一种自下而上的质谱方法，结合了首次数据独立采集（Data Independent Acquisition, DIA）和数据依赖采集（Data Dependent Acquisition, DDA），来量化三种曼氏血吸虫阶段的组蛋白肽，并评估这些组蛋白。我们选择了18种主要的翻译后修饰（PTM）进行肽搜索，在曼氏血吸虫的H3、H4、H1/H5和H2A组蛋白中鉴定出了150种PTM。鉴于质谱数据的复杂性以及我们对数据可靠性的要求，我们进一步提高了筛选的严格程度，重点量化了在其他物种中已有详细研究的H3组蛋白PTM。对于H3组蛋白PTM，我们鉴定出了丰度较高且置信度较高的肽：K27(1-methyl1-methyl)SAPATGGVK、K27(Dimethyl)SAPATGGVK、K9(acetyl)STGGK和K9(Dimethyl)STGGK。值得注意的是，K27(Dimethyl)SAPATGGVK和K9(acetyl)STGGK在血吸虫幼体中的丰度更高。此外，我们观察到Smp_053140基因的表达与K9(acetyl)STGGK肽的丰度之间存在正相关。随后，我们敲低了该基因，这影响了血吸虫幼体的形态，突显了组蛋白翻译后修饰和组蛋白修饰酶在曼氏血吸虫发育中的重要性。

引言

血吸虫病是一种广泛流行的蠕虫病，由不同种类的血吸虫引起，影响着全球热带和亚热带地区的数百万人。世界卫生组织（WHO）报告称，2019年有2.36亿人需要接受大规模药物治疗（Mass Drug Administration, MDA）。在87个国家，血吸虫病是地方性的，其中51个国家的传播情况为中度或重度，需要化疗（WHO, 2019）。据估计，2016年热带和亚热带地区有2400万人因此死亡，250万人丧失了健康寿命（Disability-Adjusted Life Years, DALYs）。然而，由于报告不足，这些数字实际上可能低估了该疾病的真实影响（WHO https://www.who.int/publications/i/item/9789240010352）。令人担忧的是，COVID-19大流行扰乱了血吸虫病的控制策略，可能导致WHO制定的2030年控制与消除目标至少推迟两年[1]。巴西是南美洲受影响最严重的国家，东北部地区高达25-75%的辖区存在血吸虫病地方性流行。目前，吡喹酮（Praziquantel, PZQ）是治疗血吸虫病的主要药物，尤其是在非洲和全球范围内。然而，PZQ化疗面临挑战，包括对幼虫无效以及在某些国家出现的抗药性[2]。为此，人们努力改进治疗策略，减少对人群的伤害，并测试针对这种寄生虫的新化合物。这些努力包括针对表观遗传修饰的抑制剂。组蛋白H3第27位赖氨酸三甲基化（H3K27me3）的去甲基化酶GSK-J4是一种有前景的抗癌药物[3]，能够在体外导致成虫和血吸虫幼体死亡[4]。Whatley及其同事重新利用了37种表观遗传化合物来开发针对曼氏血吸虫表观遗传酶的下一代药物[5]。已有充分证据表明，通过表观遗传抑制干预曼氏血吸虫的表观遗传途径会在体外培养后引起寄生虫形态的极端变化[6]，[4]。这些极端形态变化的发生是因为曼氏血吸虫的发育和生命周期维持严重依赖于表观遗传机制。Roquis及其同事发表了该寄生虫的表观基因组图谱，并发现H3K27me3甲基化在转录沉默的尾蚴基因上广泛存在，并在血吸虫幼体阶段转录重新启动时被去除[7]。此外，组蛋白甲基化是寄生虫生命周期进展和性别二态性的关键事件[8]。因此，组蛋白甲基化是寄生虫生命周期中的重要表观遗传修饰，利用针对组蛋白修饰的抗体进行染色质免疫沉淀（ChIP-seq）结合大规模测序（ChIP-seq）被广泛用于研究曼氏血吸虫的表观基因组。ChIP的优势在于能够高分辨率地研究表观遗传修饰；然而，主要缺点是需要针对特定的组蛋白翻译后修饰（PTM）使用特定的抗体，并且需要事先知道这种修饰的存在。因此，一种抗体对应一种PTM的方法限制了可表征的PTM范围，从而减少了我们对寄生虫生物学和寄生虫疾病干预的理解。在这项工作中，我们采用了从头算方法，应用了组蛋白酸提取、丙酸酐化学衍生化、自下而上的蛋白质组学以及质谱（DDA和DIA）技术，来表征寄生虫三个阶段的组蛋白及其修饰：成虫（雌性和雄性）；尾蚴；以及24小时、72小时和6小时大的血吸虫幼体。我们的结果证实了H1/H5、H2A、H4和H3组蛋白的核心结构，并发现了血吸虫幼体和成虫阶段丰富的组蛋白PTM模式。由于H3组蛋白在质谱中的丰度较高，且易于在曼氏血吸虫蛋白质数据库中搜索和确认，我们选择了H3组蛋白修饰进行详细分析。从质谱结果来看，我们发现二甲基和乙酰化PTM在血吸虫幼体中的含量增加。为了将质谱数据置于曼氏血吸虫生命周期的生物学背景下，我们计算了PTM的丰度与编码组蛋白修饰酶（HME）的基因转录之间的相关性。我们发现，假定的组蛋白乙酰化酶Smp_053140基因的表达与3天大的血吸虫幼体中K9(acetyl)STGGK的丰度之间存在正相关，这表明这种组蛋白PTM在血吸虫幼体发育中具有特殊的重要性。事实上，敲低Smp_053140基因会导致血吸虫幼体的形态和大小出现显著异常，这证实了先前在大型数据集中对该基因的描述（https://datadryad.org/dataset/doi:10.5061/dryad.zs7h44j4v），表明该基因是开发药物性血吸虫病治疗的潜在靶点。

章节片段

材料与方法

寄生虫：曼氏血吸虫（S.mansoni BH）BH品系的生命周期在坎皮纳斯州立大学（Unicamp）动物生物学系通过Biomphalaria glabrata软体动物传代和瑞士雌性小鼠的皮肤感染得以维持。成虫通过肝门静脉灌注获得。血吸虫幼体通过机械转化[10]获得，并在169培养基中培养24小时、72小时和6小时[11]。

酸性组蛋白提取：为了提取酸性组蛋白，我们...

利用DDA质谱和Peaks搜索引擎，我们确定了曼氏血吸虫组蛋白提取物的蛋白质组。该分析共发现了3604个肽序列匹配（PSMs）、3276个肽和2640个蛋白质序列，最终将其分类为三个寄生虫阶段的239个蛋白质组：尾蚴、24小时、3天和6天的血吸虫幼体，以及雄性和雌性成虫。如补充表1所示，肽序列和PSMs在所有研究阶段都是一致的

讨论

组蛋白翻译后修饰在真核生物的稳态和基因表达调控中起着重要作用。最近的研究结果表明，组蛋白PTM、组蛋白修饰酶和转录共调节因子在曼氏血吸虫生命周期的进展中起着关键作用[4]，[5]，[6]，[17]，[18]，这呼吁对曼氏血吸虫的PTM进行全面分析。这已经通过计算机模拟方法完成[19]。在这里，我们采用了从头算的湿实验技术