综述：粉或蓝：疟原虫配子体中的性别决定

《TRENDS IN Parasitology》：Pink or blue: sex determination in malaria gametocytes

本综述系统梳理了疟原虫性别决定机制的最新突破，揭示其经历从有性承诺到性别分化的两个关键检查点。第一个检查点由表观遗传重编程（如AP2-G激活）主导，启动有性发育；第二个检查点通过转录后调控（如RNA结合蛋白介导的阈值效应）实现雌雄谱系分化。文章深入探讨了染色质重塑（H3K9me3/HP1）、关键转录因子（ApiAP2家族）和RNA结合蛋白网络（如RNF1/MD3）的协同作用，为理解单细胞真核生物性别决定提供了新范式，并对阻断疟疾传播的策略开发具有启示意义。

　　

检查点一：染色质重塑定义有性承诺和早期配子体发育

疟原虫的有性承诺始于部分无性血液期寄生虫转向发育为非增殖性的配子体。这一发育决策看似随机发生，但会受到寄生虫血症、药物暴露或营养缺乏等环境因素的调节。在啮齿类疟原虫中，有性发育优先发生在网织红细胞内的造血微环境中，提示微环境因素可能提供促进有性发育的代谢线索。同样，恶性疟原虫的有性阶段在分化过程中会定植于骨髓。

一个与有性承诺相关的代谢物是宿主来源的甘油磷脂溶血磷脂酰胆碱（LysoPC）。寄生虫利用血清LysoPC生成磷脂酰胆碱（PC）用于膜生物合成。然而，当培养基中LysoPC水平耗尽时，恶性疟原虫可激活PC合成的替代途径，其中磷酸乙醇胺N-甲基转移酶（PMT）利用甲基供体S-腺苷甲硫氨酸（SAM）从头生成PC。其后果是，可用于其他甲基化反应（如组蛋白甲基化）的SAM减少，这可能会限制组蛋白甲基转移酶（HMT）对H3K9me3的沉积。确实，在体外条件下降低SAM水平会导致异染色质去稳定化，并促进异染色质沉默基因的表达，例如编码转录因子AP2-G的基因，从而启动有性发育途径。这种对有限资源（同时为无性生长和有性分化抑制所需）的代谢竞争，代表了微环境变化如何影响寄生虫染色质状态进而调控发育决策（如有性承诺）的一个有趣概念。

AP2-G是ApiAP2（顶复门Apetala2）转录因子家族的成员，作为主开关，通过重编程无性血液期寄生虫来启动配子体发生。在无性寄生虫中，ap2-g基因座通过染色质介导的 repression 被沉默。在沉默过程中，异染色质蛋白1（HP1）与ap2-g基因座上的H3K9me3结合，这一过程似乎还涉及组蛋白去乙酰化酶Hda2，因为条件性敲低Hda2会显著增加ap2-g转录和有性转化。最近研究表明，蛋白磷酸酶PPM2可能使HP1的丝氨酸33去磷酸化，通过解除HP1与染色质的相互作用来促进有性转化，从而允许ap2-g激活。无性血液期ap2-g的沉默还涉及ApiAP2转录因子AP2-G5，该因子在整个ap2-g基因座富集。一旦合成，AP2-G可以结合自身的启动子，通过自动调节反馈环路增加其表达，并且在AP2-G结合位点附近检测到AP2-G5结合位点。对AP2-G5结合基序的突变分析表明，AP2-G5可能通过阻断AP2-G与其自身启动子的结合来抑制ap2-g激活。AP2-G5进一步与微嵴蛋白MORC相互作用，MORC是一种在恶性疟原虫全局染色质结构中至关重要的染色质重塑因子，在异染色质区域富集，从而控制包括ap2-g在内的异染色质基因的可及性。组蛋白乙酰转移酶（HAT）GCN5在无性寄生虫的沉默ap2-g基因座也强烈富集，其缺陷导致有性承诺显著增加，表明GCN5通过调节非组蛋白靶标的功能或维持异染色质边界来促进ap2-g抑制。

最早已知的配子体发生正调控因子是配子体发育1（GDV1）。GDV1的表达在滋养体期通过尚不清楚的机制上调，并在滋养体向裂殖体转变过程中作为ap2-g基因座的初始转录激活因子发挥作用，这一过程涉及其与HP1的相互作用。GDV1的表达与一个反义（as）长链非编码RNA（lncRNA）——gdv1-asRNA的水平呈负相关，该RNA源自gdv1基因座下游。虽然尚待证明gdv1-asRNA是否作为gdv1的直接抑制因子，但其自身的表达似乎也依赖于异染色质动力学，因为gdv1-asRNA启动子上的H3K9me3沉积水平与不同寄生虫克隆中的配子体转化率相关。

在有性承诺的裂殖体及随后再入侵后的早期配子体阶段，AP2-G控制早期配子体基因的激活，也结合与红细胞入侵相关基因的启动子。此外，AP2-G诱导AP2-G2的表达，AP2-G2与AP2-G协同调控配子体发生，通过抑制无性血液期基因和促进早期配子体基因来实现。虽然AP2-G的表达是瞬时的，在入侵后48小时内停止，但它通过启动下游转录激活因子和抑制因子的级联反应来触发配子体发生。

当有性承诺的裂殖子再次侵入红细胞后，它们就不可逆转地决定遵循有性发育路径。配子体发育的早期阶段以染色质中H3K36me2和H3K36me3水平的暂时积累为特征。在II期配子体中，这两种抑制性标记在通常于无性发育期间表达的基因以及有性承诺启动时活跃的基因（包括ap2-g、gdv1和hda2）的启动子区域富集。对无性和有性环状体期寄生虫的转录组分析发现，染色质相关因子是早期有性谱系中通常升高的标志性基因，例如赖氨酸特异性组蛋白去甲基酶2（LSD2）和组蛋白去乙酰化酶（HDA1）。尽管它们在配子体发生中的生理作用仍有待阐明，早期配子体对调节组蛋白甲基化水平的抑制剂的高度敏感性强调了表观遗传调控在早期配子体发育中的关键作用。

亚端粒H3K9me3相关和HP1结合的异染色质结构域的扩展是配子体成熟过程中的典型特征。然而，这一现象仅在II期之后才开始，此时H3K36me2/3水平正在下降。此外，异染色质的获得似乎是许多基因座抑制的结果而非原因，这可能表明早期H3K36me2/3介导的亚端粒毒力基因和相邻的无性阶段特异性基因的抑制可能为异染色质扩展创造了条件。

总体而言，数据表明决定无性复制和有性分化之间谱系选择的第一个检查点，关键依赖于两个重要基因位点gdv1和ap2-g的染色质重塑事件，以及随后在早期配子体发育中对这些有性承诺启动子的沉默。