NSUN3 介导的 RNA m5C 甲基化：恶性疟原虫变异基因表达与无性血液阶段发育的关键调控机制

《Parasites & Vectors》：m5C methylation of mitochondrial RNA and non-coding RNA by NSUN3 is associated with variant gene expression and asexual blood-stage development in Plasmodium falciparum

为探究恶性疟原虫变异基因家族单一成员特异性表达的机制，研究人员开展了关于恶性疟原虫 RNA m5C 甲基转移酶 NSUN3 作用的研究。通过条件基因敲低、RNA 测序等实验，发现 PfNSUN3 影响寄生虫生长和变异基因表达，有助于理解基因表达的表观遗传调控机制。

　　疟疾，这一由疟原虫属单细胞原生动物引发的全球性寄生虫病，如同潜伏在暗处的 “杀手”，每年约有 2.47 亿人被它 “击中”，近 60.9 万人因它失去生命 。疟原虫在侵入人体后，会在红细胞内不断发育、繁殖，还会在红细胞表面表达多种膜蛋白，其中恶性疟原虫红细胞膜蛋白 1（PfEMP1）是免疫系统识别的主要抗原物质之一，由 var 基因家族编码。疟原虫通过一种 “巧妙” 的互斥表达机制，每次只表达一个 var 基因，而让其余的基因保持沉默，这样就能不断改变自身的抗原特性，轻松躲过免疫系统的 “追捕”。此外，疟原虫还会表达 RIFINs、STEVORs、PfMC-2TMs 和 SURFINS 等多基因毒力抗原，这些抗原同样具有克隆变异的特点。

目前，虽然已经知道转录水平的表观遗传调控在变异基因表达过程中起着关键作用，像甲基转移酶 PfSETvs 参与组蛋白修饰从而沉默 var 基因，架构调节因子 HMGB1 参与毒力基因表达等；也了解到转录后调控同样重要，比如 PfRNaseII 直接降解相关 RNA 影响 var 基因表达，非编码 RNA（ncRNA）RUF6 基因家族对 var 基因的激活有调控作用 。但是，这些变异基因家族单一成员特异性表达的具体机制，仍然像迷雾一样笼罩在科研人员的心头。同时，RNA 修饰在疟原虫免疫逃避调控中的作用也尚未明确。

为了驱散这团迷雾，来自西北大学、同济大学、中南大学等国内多所高校的研究人员，开展了一项关于恶性疟原虫 RNA m⁵C 甲基转移酶 NSUN3（PfNSUN3）作用的研究。研究成果发表在《Parasites & Vectors》杂志上。

研究人员采用了条件基因敲低的方法，将葡萄糖胺（GlcN）诱导的 glmS 核酶序列整合到 pfnsun3 基因的 3′非翻译区（UTR），并利用 CRISPR-Cas9 技术构建了转基因寄生虫系 PfNSUN3-Ty1Ribo。随后，运用生长曲线分析、蛋白质免疫印迹（Western blot）、RNA 测序（RNA-seq）和 RNA 免疫沉淀测序（RIP-seq）等技术对其进行研究。

研究结果如下：

• PfNSUN3 对寄生虫生长的影响：生长曲线分析显示，条件性敲低 PfNSUN3 会干扰寄生虫的生长。在生命周期的第三轮，PfNSUN3 敲低系的寄生虫血症与对照系相比显著下降。这表明 PfNSUN3 在疟原虫的生长过程中扮演着重要角色。
• PfNSUN3 对转录组的影响：PfNSUN3 敲低改变了整体转录组。RNA-seq 分析表明，在环状期，PfNSUN3 的缺失几乎使所有 var 基因以及富含鸟嘌呤 / 胞嘧啶（GC）的非编码 RNA（ncRNA）ruf6 家族沉默。这说明 PfNSUN3 对疟原虫基因的表达调控有着广泛的影响。
• PfNSUN3 的直接作用底物：RIP-seq 分析发现，PfNSUN3 的大部分结合位点位于结合转录本的编码序列内，靠近结合 mRNA 的 5′或 3′UTR 区域。在识别出的 92 个 mRNA 底物中，var 基因的比例高达 54%，同时还有 5 个富含 GC 的 ruf6 ncRNA。这意味着 PfNSUN3 可以通过直接结合变异基因 mRNA 来调节转录和翻译过程。

研究结论和讨论部分指出，本研究揭示了 PfNSUN3 在恶性疟原虫无性血液阶段发育过程中的重要功能。PfNSUN3 通过修饰 RNA 转录本、影响 RNA 翻译来调控基因表达，这一发现为理解疟原虫基因表达的复杂表观遗传调控机制提供了新的视角。虽然研究过程中 PfNSUN3 的敲低效率未达到理想水平，但整体研究结果依然表明 PfNSUN3 在维持 mRNA 稳定性、变异基因表达以及疟原虫的免疫逃避和毒力方面具有关键作用。此外，研究还发现 PfNSUN3 可能参与疟原虫红细胞内生命周期的多个细胞过程，不过线粒体 RNA 未在其结合靶点中被发现，暗示可能存在其他蛋白质参与相关的甲基化过程。

总的来说，这项研究成果为深入了解疟原虫的生物学特性和致病机制提供了重要线索，有望为疟疾的防治开辟新的道路。未来，研究人员可以进一步探索 PfNSUN3 的作用机制，寻找更有效的干预靶点，为全球抗击疟疾的事业贡献更多力量。