两篇Science论文揭示疟原虫也有自己的内部时钟，用于协调对宿主细胞的破坏
来源：本站原创 2020-05-20 21:53
2020年5月20日讯/生物谷BIOON/---在疟疾感染期间，无数疟原虫同时破坏它们所栖息的红细胞。这种破坏会在感染者体内每隔24小时、48小时或72小时就会引起一波发烧和发冷，这取决于哪种疟原虫虫株引起的感染。多年来，科学家们一直假设宿主的生物节律负责对疟原虫活动的协调和定时。不过，在两项新的研究中，研究人员发现疟原虫有它们自己的固有时钟，从而既能对宿主
2020年5月20日讯/生物谷BIOON/---在疟疾感染期间，无数疟原虫同时破坏它们所栖息的红细胞。这种破坏会在感染者体内每隔24小时、48小时或72小时就会引起一波发烧和发冷，这取决于哪种疟原虫虫株引起的感染。
多年来，科学家们一直假设宿主的生物节律负责对疟原虫活动的协调和计时。不过，在两项新的研究中，研究人员发现疟原虫有它们自己的内部时钟（或者说固有时钟），从而既能对宿主做出反应，又能自行振荡。
美国费城儿童医院内科科学家Audrey Odom John（未参与这两项研究）说，“这个领域有一个长期存在的问题，那就是为什么疟原虫在哺乳动物宿主体内是同步的。这是因为宿主的原因还是因为疟原虫的原因？这两项研究清楚地解答了这个问题，并且明确地指出疟原虫本身有一种内在时钟，这种内在时钟是疟原虫细胞周期的周期性的一部分。”
作为美国德克萨斯大学西南医学中心的Joseph Takahashi实验室的一名博士后研究员，Filipa Rijo-Ferreira和她的同事们在2017年已发现导致人类昏睡病的寄生虫---布氏锥虫---有内部时钟（Nature Microbiology, 2017, doi:10.1038/nmicrobiol.2017.32）。她说，在这之后，在疟疾中观察到的特征性节律性发烧，使得接下来研究疟原虫的内部振荡变得很明显。
在第一项研究中，Rijo-Ferreira及其同事们用夏氏疟原虫（Plasmodium chabaudi）感染小鼠，其中夏氏疟原虫感染导致小鼠患上疟疾。他们发现无论是让小鼠长期处于黑暗中，还是改变它们的进食节律，都不会扰乱夏氏疟原虫强大的细胞周期和基因表达节律。当Rijo-Ferreira团队让夏氏疟原虫感染经过基因改造后具有26小时而不是24小时昼夜节律的小鼠时，这种疟原虫将它们的无性生活周期延长到26小时，而不是典型的24小时，这表明它们是灵活的，对宿主的振荡有反应。
在这一点上，Rijo-Ferreira团队预测，如果这种疟原虫没有内在时钟，它们会在没有明确节律的宿主中很快就变得不同步。但当他们用夏氏疟原虫感染经过基因改造后缺乏昼夜节律的小鼠时，这种疟原虫在5到7天内保持了24小时的细胞周期和基因表达节律，这表明它们确实有一种内部时钟。鉴于这种疟原虫的内部时钟最终失去了同步性，他们得出结论，它的内部时钟节律依赖于宿主的协调。
Takahashi说，“在没有这些宿主线索时，疟原虫群体失去了同步性。这表明疟原虫具有其自身的内在节律，但是疟原虫群体的同步性确实是由宿主来完成的。”
在第二项研究中，美国杜克大学生物学家Steven Haase领导的一个研究团队发现当在人血中培养时，四种导致人类患上疟疾的疟原虫虫株在基因表达和细胞周期活动方面也表现出内在振荡。虽然在体外培养的疟原虫比小鼠体内的疟原虫更快地失去同步性，但是在两天的时间窗口里，它们可以保持自己的节律，这与其他已经被证明拥有昼夜节律的培养系统是相类似的。
美国南加州大学生物学家Steve Kay（未参与这两项新的研究）说，“这是一个真正令人兴奋和令人惊讶的结果。这种振荡器...... 表现出与昼夜节律振荡器有很多相似之处，在某些程度上，与细胞周期振荡器也是如此，这是因为它可以保持周期性，而且我们观察到这些大规模的基因表达程序是由这种振荡器控制的。”与此同时，这种疟原虫振荡器的进化需要宿主昼夜节律的协调，而疟原虫本身并没有已知的昼夜节律时钟基因的同源物，要知道，这些昼夜节律时钟基因往往在整个系统发育过程中分歧开。它“似乎不是我们所理解的典型昼夜节律。有一种全新的节律时钟需要探索。”
英国爱丁堡大学生物学家Sarah Reece（未参与这两项研究）在发送给《科学家》杂志的一封电子邮件中写道，“这两项研究......揭示了疟原虫本身就负责对它们的复制进行计时，它们需要宿主的时间信息来保持同步和安排自己的时间。我希望这些研究团队如今将能够揭开疟原虫的计时机制的组成部分。”
Haase说，显然，下一步就是研究这种计时机制，就像研究疟原虫体内的固有时钟如何与宿主昼夜节律时钟对话一样。“我们的想法就是如果我们能够了解这种机制，那么我们就有了潜在新的抗疟疾治疗靶标。”
参考资料：
1.Filipa Rijo-Ferreira et al. The malaria parasite has an intrinsic clock. Science, 2020, doi:10.1126/science.aba2658.
2.Lauren M. Smith et al. An intrinsic oscillator drives the blood stage cycle of the malaria parasite Plasmodium falciparum. Science, 2020, doi:10.1126/science.aba4357.
3.Malaria Parasites’ Biological Clocks Coordinate Cell Destruction
https://www.the-scientist.com/news-opinion/malaria-parasites-biological-clocks-coordinate-cell-destruction-67536
多年来，科学家们一直假设宿主的生物节律负责对疟原虫活动的协调和计时。不过，在两项新的研究中，研究人员发现疟原虫有它们自己的内部时钟（或者说固有时钟），从而既能对宿主做出反应，又能自行振荡。
图片来自CC0 Public Domain。
美国费城儿童医院内科科学家Audrey Odom John（未参与这两项研究）说，“这个领域有一个长期存在的问题，那就是为什么疟原虫在哺乳动物宿主体内是同步的。这是因为宿主的原因还是因为疟原虫的原因？这两项研究清楚地解答了这个问题，并且明确地指出疟原虫本身有一种内在时钟，这种内在时钟是疟原虫细胞周期的周期性的一部分。”
作为美国德克萨斯大学西南医学中心的Joseph Takahashi实验室的一名博士后研究员，Filipa Rijo-Ferreira和她的同事们在2017年已发现导致人类昏睡病的寄生虫---布氏锥虫---有内部时钟（Nature Microbiology, 2017, doi:10.1038/nmicrobiol.2017.32）。她说，在这之后，在疟疾中观察到的特征性节律性发烧，使得接下来研究疟原虫的内部振荡变得很明显。
在第一项研究中，Rijo-Ferreira及其同事们用夏氏疟原虫（Plasmodium chabaudi）感染小鼠，其中夏氏疟原虫感染导致小鼠患上疟疾。他们发现无论是让小鼠长期处于黑暗中，还是改变它们的进食节律，都不会扰乱夏氏疟原虫强大的细胞周期和基因表达节律。当Rijo-Ferreira团队让夏氏疟原虫感染经过基因改造后具有26小时而不是24小时昼夜节律的小鼠时，这种疟原虫将它们的无性生活周期延长到26小时，而不是典型的24小时，这表明它们是灵活的，对宿主的振荡有反应。
在这一点上，Rijo-Ferreira团队预测，如果这种疟原虫没有内在时钟，它们会在没有明确节律的宿主中很快就变得不同步。但当他们用夏氏疟原虫感染经过基因改造后缺乏昼夜节律的小鼠时，这种疟原虫在5到7天内保持了24小时的细胞周期和基因表达节律，这表明它们确实有一种内部时钟。鉴于这种疟原虫的内部时钟最终失去了同步性，他们得出结论，它的内部时钟节律依赖于宿主的协调。
Takahashi说，“在没有这些宿主线索时，疟原虫群体失去了同步性。这表明疟原虫具有其自身的内在节律，但是疟原虫群体的同步性确实是由宿主来完成的。”
在第二项研究中，美国杜克大学生物学家Steven Haase领导的一个研究团队发现当在人血中培养时，四种导致人类患上疟疾的疟原虫虫株在基因表达和细胞周期活动方面也表现出内在振荡。虽然在体外培养的疟原虫比小鼠体内的疟原虫更快地失去同步性，但是在两天的时间窗口里，它们可以保持自己的节律，这与其他已经被证明拥有昼夜节律的培养系统是相类似的。
美国南加州大学生物学家Steve Kay（未参与这两项新的研究）说，“这是一个真正令人兴奋和令人惊讶的结果。这种振荡器...... 表现出与昼夜节律振荡器有很多相似之处，在某些程度上，与细胞周期振荡器也是如此，这是因为它可以保持周期性，而且我们观察到这些大规模的基因表达程序是由这种振荡器控制的。”与此同时，这种疟原虫振荡器的进化需要宿主昼夜节律的协调，而疟原虫本身并没有已知的昼夜节律时钟基因的同源物，要知道，这些昼夜节律时钟基因往往在整个系统发育过程中分歧开。它“似乎不是我们所理解的典型昼夜节律。有一种全新的节律时钟需要探索。”
英国爱丁堡大学生物学家Sarah Reece（未参与这两项研究）在发送给《科学家》杂志的一封电子邮件中写道，“这两项研究......揭示了疟原虫本身就负责对它们的复制进行计时，它们需要宿主的时间信息来保持同步和安排自己的时间。我希望这些研究团队如今将能够揭开疟原虫的计时机制的组成部分。”
Haase说，显然，下一步就是研究这种计时机制，就像研究疟原虫体内的固有时钟如何与宿主昼夜节律时钟对话一样。“我们的想法就是如果我们能够了解这种机制，那么我们就有了潜在新的抗疟疾治疗靶标。”
参考资料：
1.Filipa Rijo-Ferreira et al. The malaria parasite has an intrinsic clock. Science, 2020, doi:10.1126/science.aba2658.
2.Lauren M. Smith et al. An intrinsic oscillator drives the blood stage cycle of the malaria parasite Plasmodium falciparum. Science, 2020, doi:10.1126/science.aba4357.
3.Malaria Parasites’ Biological Clocks Coordinate Cell Destruction
https://www.the-scientist.com/news-opinion/malaria-parasites-biological-clocks-coordinate-cell-destruction-67536
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