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弓形虫（Toxoplasma gondii）感染广泛，现有抗虫药物存在诸多不足。研究人员针对弓形虫泛素激活酶 1（TgUAE1）展开研究，发现其在弓形虫裂解周期和稳态维持中起关键作用，为寄生虫生物学研究和新疗法开发提供了重要依据。
在微生物的世界里，弓形虫（
Toxoplasma gondii）这个 “小魔头” 可谓臭名昭著。它是一种专性细胞内寄生的原生动物，全球约三分之一的人口都曾被它 “光顾”。除了人类，超过 200 种动物也在它的感染 “名单” 上。虽然在免疫功能正常的个体中，它引发的感染大多悄无声息，但对于孕妇来说，它却可能带来严重的后果，如流产、死产以及胎儿发育异常等。而且，人们一旦食用含有弓形虫包囊的肉类，就可能 “中招”，这不仅危害健康，还造成了不小的经济损失。
目前临床上用于对抗弓形虫的药物，就像带着 “枷锁” 的战士，存在诸多缺陷。它们对组织包囊的疗效有限，副作用还很严重，这让医生和患者都十分头疼。因此，深入了解弓形虫的裂解周期调控机制，找到新的治疗靶点，成为了科研人员亟待攻克的难题。
温州医科大学基础医学院寄生虫学系等研究机构的研究人员勇敢地向这个难题发起了挑战。他们将研究聚焦于泛素激活酶 1（TgUAE1），经过一系列艰苦的探索，取得了令人瞩目的成果。研究发现，TgUAE1 在弓形虫的裂解周期和维持细胞稳态方面发挥着至关重要的作用。这一成果发表在《Communications Biology》杂志上，为我们抗击弓形虫感染带来了新的希望。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。通过生物信息学分析，他们梳理了 TgUAE1 与其他物种 E1 家族基因的进化关系；利用生化实验，在体外和体内验证了 TgUAE1 的泛素激活酶活性；借助热稳定性实验，确定了 TgUAE1 是 TAK-243 的细胞内靶点；运用转录组学和定量泛素蛋白质组学技术，深入探究了 TgUAE1 对弓形虫基因表达和泛素化过程的调控作用。
下面让我们详细看看这些研究结果：
- TgUAE1 的鉴定与序列特征：研究人员从弓形虫基因组中鉴定出 TgUAE1（ToxoDB: TGGT1_290290），它由 1092 个氨基酸组成。通过系统发育分析发现，它与 Uba1 的亲缘关系最为密切。尽管整体序列同源性不高，但它保留了保守的泛素腺苷酸化和半胱氨酸催化位点，以及与 E1 酶相关的功能域，这暗示着它可能具备激活泛素的潜力。
- TgUAE1 的酶活性验证：研究人员在大肠杆菌中表达并纯化了带有 N 端谷胱甘肽转移酶（GST）标签的重组 TgUAE1 融合蛋白。体外生化实验表明，在 ATP 存在的情况下，TgUAE1 能够与泛素（Ub）形成硫酯键，并将 Ub 转移到 E2 酶上。当加入 TAK-243 后，这种结合受到抑制，且呈浓度依赖性。体内实验也证实，TAK-243 能够抑制弓形虫的泛素化水平，这表明 TgUAE1 是 TAK-243 的潜在作用靶点，其酶活性可被 TAK-243 抑制。
- TAK-243 对弓形虫增殖的影响：通过免疫荧光测定（IFA）和基于发光的 β- 半乳糖苷酶（β-Gal）活性测定，研究人员发现 TAK-243 能够显著抑制弓形虫的增殖，其半数有效浓度（EC50）为 118.7 nM。同时，TAK-243 对宿主细胞也有一定的毒性，其对人包皮成纤维细胞（HFFs）的半数致死浓度（CC50）为 136.2 nM，治疗指数（TI）为 1.15，这提示在使用 TAK-243 时需要谨慎调整剂量，或者考虑联合治疗以降低对宿主细胞的毒性。
- TgUAE1 对弓形虫生长的重要性：由于直接敲除 TgUAE1 未能成功，研究人员构建了 TgUAE1 敲低菌株（cKD-TgUAE1）。结果发现，敲低 TgUAE1 会导致弓形虫在斑块形成、滑行、入侵、细胞内增殖和逸出等多个方面出现缺陷。对 Cys634 位点进行突变后，虽然部分功能受到影响，但入侵和逸出能力得以保留，这表明 TgUAE1 通过不同机制调节弓形虫的生物学过程，其半胱氨酸催化位点在其中起着关键作用。
- TgUAE1 对弓形虫亚细胞器的影响：通过 IFA 观察发现，敲低 TgUAE1 或突变 Cys634 位点会导致线粒体形态严重缺陷，但对顶质体的稳态影响不大，这说明 TgUAE1 在维持线粒体的正常形态和功能方面具有重要作用。
- TgUAE1 对泛素链形成的调控：研究人员对比了 cKD-TgUAE1 菌株在有无 ATc 处理下的泛素化蛋白水平，发现敲低 TgUAE1 会显著降低 K48 和 K63 连接的多聚泛素链的形成，且这种影响无法通过 C634S 突变恢复，这表明 TgUAE1 在调节弓形虫 K48 和 K63 连接的多聚泛素化位点方面发挥着关键作用，其功能依赖于泛素激活位点的催化活性。
- TgUAE1 下调对弓形虫转录组的影响：对 cKD-TgUAE1 菌株进行转录组分析，发现 940 个基因的表达发生了显著变化。基因本体（GO）分析和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路分析表明，这些差异表达基因涉及多个生物学过程和信号通路，包括微管运动、氧化还原过程、细胞内信号转导、过氧化物酶体功能、嘌呤代谢等。此外，研究还发现 TgUAE1 下调会诱导内质网应激（ER stress），使弓形虫可能向缓殖子期转变。
- TgUAE1 下调对弓形虫蛋白质表达谱的影响：蛋白质组学分析显示，TgUAE1 下调后，有 520 种蛋白质的表达发生了变化。这些差异表达蛋白质主要富集在核糖体、内质网和线粒体等细胞器中，涉及蛋白质结合、转移酶活性、催化酶活性等功能，参与了细胞成分生物合成、代谢过程和应激反应等生物学过程。KEGG 通路分析表明，这些蛋白质与核糖体、蛋白酶体、胰高血糖素信号通路和糖酵解 / 糖异生等通路密切相关，这表明 TgUAE1 可能通过调节蛋白质合成和降解来影响弓形虫的生物学过程。
- TgUAE1 下调对弓形虫泛素化模式的影响：对泛素化蛋白质组的分析发现，TgUAE1 下调后，有 55 种蛋白质的泛素化水平发生了显著变化，63 个泛素化位点也出现了差异。GO 分析表明，这些差异泛素化蛋白质（DUPs）主要富集在细胞代谢过程、细胞周期、细胞运动和应激反应等生物学过程中，涉及蛋白质结合、水解酶活性和有机环状化合物结合等分子功能。KEGG 通路分析显示，TgUAE1 介导的泛素化影响了翻译、细胞生长和死亡、代谢、信号转导以及折叠、分选和降解等多个细胞过程，这表明 TgUAE1 在维持细胞内环境稳定和支持弓形虫的生存与增殖方面发挥着关键作用。
综合以上研究结果，研究人员首次鉴定出 TgUAE1 是弓形虫的一种典型泛素激活酶，它在体内外均具有酶活性。TgUAE1 对弓形虫的正常泛素化过程至关重要，其缺失会导致转录水平的显著变化和泛素化水平的降低，进而影响蛋白质的周转。虽然 TgUAE1 在调节弓形虫的全基因组表达方面起着关键作用，但仍有一些问题有待进一步研究，例如 C634S 突变体中是否存在残留的酶活性，以及 TgUAE1 是否具有非催化作用等。
这项研究为我们深入理解弓形虫的生物学特性提供了重要线索，为开发新型抗弓形虫药物奠定了理论基础。未来，研究人员可以基于这些发现，进一步探索 TgUAE1 的作用机制，寻找更有效的治疗靶点，有望开发出更安全、更有效的抗弓形虫药物，为人类健康带来新的曙光。
