《SCIENCE ADVANCES》：SIP2 is the master transcription factor of Plasmodium merozoite formation
编辑推荐：
为探究疟原虫裂殖子形成机制，研究人员以 PbSIP2 为对象，发现其是关键转录因子，对疟疾研究意义重大。
疟疾是全球最严重的传染病之一，由疟原虫（
Plasmodium）在脊椎动物宿主血液中无性繁殖引发。疟原虫的增殖始于裂殖子入侵宿主红细胞（RBCs），在红细胞内经历独特的裂体增殖（schizogony）过程，最终产生多个裂殖子，继续感染新的红细胞，完成红细胞内发育周期（IDC）。这一过程中，裂体增殖是疟原虫在宿主血液中增殖的关键，与疟原虫的致病机制紧密相关，但目前调控裂体增殖的分子机制仍不明确。
在疟原虫的 IDC 过程中，基因转录呈现周期性调节，已有研究表明存在阶段特异性转录因子调控裂殖子相关基因，但这些转录因子尚未得到充分探索。AP2 转录因子是疟原虫中的主要转录因子家族，SIP2 是其中在裂殖体阶段表达的成员，然而其在疟原虫中的主要功能尚未明确。
为深入了解疟原虫裂体增殖的分子机制，日本三重大学（Mie University）的研究人员针对伯氏疟原虫（Plasmodium berghei）中的 SIP2（PbSIP2）展开研究。相关研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上，为疟疾研究提供了新的方向和理论依据。
研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是基因编辑技术，构建了多种突变体寄生虫，如 PbSIP2::GFP、pbsip2 - cKO 等，用于观察基因表达和功能变化；二是染色质免疫沉淀测序（ChIP - seq）和 DNA 免疫沉淀测序（DIP - seq），用以确定 PbSIP2 在基因组上的结合位点和结合特性；三是 RNA 测序（RNA - seq），分析基因的转录水平变化，探究 PbSIP2 对基因表达的调控作用 。
研究结果如下：
- PbSIP2 的结构与保守性：PbSIP2 包含两个串联的 AP2 结构域和一个核定位信号（NLS），其 AP2 结构域在感染红细胞的寄生虫中高度保守。通过蛋白 - 蛋白 BLAST 搜索发现，PbSIP2 在疟原虫所属的血孢子虫目（Haemosporida）和梨形虫目（Piroplasmida）寄生虫中保守，这些寄生虫都能感染宿主红细胞。
- PbSIP2 的表达阶段：研究人员构建了表达绿色荧光蛋白（GFP）融合 PbSIP2 的寄生虫系（PbSIP2::GFP），发现 PbSIP2 在裂殖体早期开始表达，从核分裂早期持续到胞质分裂开始阶段。
- PbSIP2 对裂殖体发育的影响：利用二聚化 Cre 重组酶（DiCre）系统对 pbsip2 进行条件性敲除。结果显示，敲除 pbsip2 后，裂殖体发育在裂殖子形成前停滞，多数寄生虫虽能完成 DNA 复制，但无法进行最终的核分裂和胞质分裂，这表明 PbSIP2 对裂殖体发育的后期阶段至关重要。
- PbSIP2 的结合位点与靶基因：ChIP - seq 分析表明，PbSIP2 能结合到与裂殖子形成相关基因的上游，其结合基序为 GTGCA，且多数已知的裂殖子相关基因，如棒状体（rhoptry）、表膜 / 内膜复合物（pellicle/IMC）等相关基因都是其靶基因。此外，PbSIP2 可能通过正转录反馈激活自身基因。
- PbSIP2 的转录激活功能：RNA - seq 分析显示，敲除 pbsip2 后，193 个基因显著下调，其中 115 个是 PbSIP2 的靶基因，这表明 PbSIP2 在裂殖体发育过程中起转录激活作用，尤其对棒状体基因的激活作用较强，在蛋白水平也证实了棒状体蛋白表达的减少。
- PbSIP2 的 DNA 结合特性：DIP - seq 分析表明，PbSIP2 通过其 AP2 结构域直接结合基因组 DNA，且优先结合 RGTGCA。对 RGTGCA 基序进行突变实验，发现该基序对 PbSIP2 的结合和下游基因转录至关重要。
- PbSIP2 与二分体基序的关系：研究发现 PbSIP2 能识别棒状体基因上游的二分体基序（SBM），其结合 SBM 的亲和力比非二分体基序更强，且与 SBM 相关的靶基因在 pbsip2 敲除后下调更为显著，表明 PbSIP2 对 SBM 相关基因的转录激活作用更强。
研究结论与讨论部分指出，PbSIP2 作为主转录因子在疟原虫裂体增殖中起着不可或缺的作用，它能广泛激活裂殖子相关基因，调控裂殖子的形成，但不参与 DNA 复制和核分裂的主要调控。同时，SIP2 在感染红细胞的寄生虫中可能具有保守的功能，起源于共同祖先，通过与特定顺式调控元件结合激活裂殖子相关基因。此外，研究还发现 PbSIP2 的 DNA 结合特性及对不同基序的亲和力差异，可能是疟原虫利用少量转录因子调控阶段特异性基因转录的机制之一。然而，目前对 AP2 转录因子在 IDC 中的作用了解有限，仍需进一步研究其他 AP2 转录因子，以全面理解疟原虫的 IDC 过程。这项研究为深入探究疟原虫致病机制和开发新的疟疾防治策略提供了重要的理论基础。
