蛋白磷酸酶PfPPM2通过调控HP1-S33去磷酸化与染色质重塑双重调控疟原虫无性分裂与有性转化的分子机制

本研究揭示了疟原虫蛋白磷酸酶PfPPM2通过去磷酸化异染色质蛋白HP1-S33位点，解除其对转录因子AP2-G的抑制，从而协调无性增殖（调控组蛋白H3-S10/S28磷酸化）和有性转化（通过HP1-H3K9me3解离）。该发现为理解疟原虫发育转换提供了新视角，并为抗疟药物靶点开发指明方向。

　　

疟疾仍是全球重大公共卫生威胁，每年导致超2亿感染和60万死亡。疟原虫在人体内经历复杂的发育转换：红细胞内进行多轮无性分裂，少量转化为有性配子体——这个关键转换过程决定疾病传播效率，但调控机制长期不明。现有研究已知可逆蛋白磷酸化在真核生物发育中起核心作用，疟原虫基因组编码85个激酶和27个磷酸酶，其中金属依赖性蛋白磷酸酶PfPPM2在疟原虫红细胞内发育阶段不可或缺，但其具体功能机制仍是未解之谜。

国家感染性疾病研究所的Akanksha Rawat、Neelam Antil等研究人员通过条件性基因敲除结合多组学分析，发现PfPPM2具有双重功能：既通过调控组蛋白H3-S10/S28去磷酸化维持无性分裂，又通过HP1-S33去磷酸化触发有性转化。该成果发表于《Nature Communications》，为理解疟原虫发育转换提供了全新分子框架。

研究采用glmS核酶诱导型敲低系统构建PfPPM2-HA-glmS转基因虫株，通过超分辨率膨胀显微镜（U-ExM）观察亚细胞定位，结合定量磷酸化蛋白质组学（鉴定95个差异磷酸化位点）和RNA测序分析。关键实验包括：免疫共沉淀验证HP1-H3K9me3互作、染色质免疫沉淀（ChIP-qPCR）分析AP2-G启动子区表观修饰、FKBP降解域（DD）系统调控HP1突变体表达等。

PfPPM2调控疟原虫无性分裂
条件性敲低PfPPM2导致裂殖体形成减少40%，U-ExM显示纺锤体组装缺陷。磷酸化组发现PfPPM2通过抑制eIF2α激酶PfPK4（S1773/S1973位点）维持翻译活性，同时调控组蛋白H3-S10/S28去磷酸化——这两个位点在哺乳动物有丝分裂中起关键作用。转录组显示中心体蛋白（Centrin-4/1）和DNA复制因子（PCNA、MCM3）表达异常，解释分裂缺陷。

PfPPM2-HP1轴调控有性转化
磷酸化组发现HP1-S33位点磷酸化水平在PfPPM2敲低后升高3.2倍。ChIP-qPCR显示PfPPM2缺失导致HP1和H3K9me3在AP2-G启动子区富集度增加2-3倍，抑制性染色质标记H3K9me3整体水平上升1.8倍。过表达野生型HP1可挽救PfPPM2敲低导致的生长缺陷和配子体形成障碍。

HP1-S33磷酸化状态决定发育命运
通过DD系统表达HP1磷酸化突变体发现：S33A（模拟去磷酸化）突变体60%转化为配子体（Pfs16⁺细胞增加5倍），而S33D（模拟持续磷酸化）导致发育停滞。免疫共沉淀证实S33A突变使HP1-H3K9me3结合能力降低83%，首次建立"HP1-S33磷酸化开关"模型：磷酸化状态决定异染色质稳定性，进而控制AP2-G表达阈值。

该研究揭示PfPPM2通过"双靶标调控"机制协调疟原虫生命周期：在无性期维持翻译活性和有丝分裂相关组蛋白去磷酸化；在转化期通过HP1-S33去磷酸化解除AP2-G抑制。特别重要的是，HP1-S33位点在进化上高度保守（不同于酵母Swi6的Asp替代），提示其在顶复门寄生虫特有发育调控中的关键作用。这些发现不仅阐明疟原虫发育转换的核心机制，还为靶向疟疾传播阻断剂的开发提供新思路——针对PfPPM2-HP1互作界面的小分子可能同时抑制原虫增殖和传播。