高分辨率疟原虫基因组图谱揭示MORC/ApiAP2介导的远距离功能相关基因互作机制

研究人员通过Micro-C技术绘制了恶性疟原虫(Plasmodium falciparum)基因组高分辨率互作图谱，揭示了AP2-P/MORC蛋白复合物在调控异染色质区(如var基因簇)和活性基因区(如入侵相关基因)三维结构中的关键作用。该研究首次发现疟原虫通过有限的转录因子(ApiAP2家族)与染色质重塑蛋白(MORC)的组合作用，实现了复杂生命周期的基因时空协调表达，为理解真核病原体基因组组织机制提供了新范式。

　　

疟疾作为威胁人类健康的重大传染病，其病原体恶性疟原虫(Plasmodium falciparum)通过复杂的抗原变异机制逃避宿主免疫攻击。var基因家族编码的变异表面抗原是这一过程的核心，但长期以来科学家们对疟原虫如何协调这些分布在基因组不同位置的基因表达知之甚少。更令人困惑的是，这个仅有约5,000个基因的微小寄生虫，却能用极少的序列特异性DNA结合因子（仅27个ApiAP2家族成员）完成复杂生命周期所需的转录重编程。这些谜团指向一个根本性问题：疟原虫如何在没有高等真核生物典型组织结构蛋白（如CTCF、核纤层蛋白）的情况下，实现基因组的三维组织和基因调控？

为解答这个问题，来自法国巴斯德研究所等机构的研究团队在《Nature Microbiology》发表了突破性成果。研究采用Micro-C（一种基于微球菌核酸酶的染色质构象捕获技术）获得了接近核小体分辨率（1kb）的基因组互作图谱，结合染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)和RNA测序(RNA-seq)等多组学方法，系统解析了血液期疟原虫的基因组空间组织规律及其分子机制。

关键技术方法包括：1）优化Micro-C protocol用于AT含量极高的疟原虫基因组；2）构建AP2-P-3HA-glmS和MORC-3HA等基因修饰虫株；3）同步化培养获取早期(环状体期)和晚期(裂殖体期)样本；4）整合分析Micro-C、ChIP-seq和RNA-seq数据揭示三维结构与基因表达的关联。

研究结果首先通过"Micro-C provides a high-resolution view of genome organization"部分揭示：不同于传统认知，HP1蛋白介导的异染色质区存在两种类型——含var基因等毒力因子的区域形成明确绝缘域，而其他HP1富集区则无此特征。

"Micro-C reveals AP2-P and MORC-enriched subtelomeric structures"部分发现：亚端粒非编码区存在独特的折叠结构，其锚定点富含AP2-P、MORC和TRZ蛋白。这些结构特异出现在含有upsB型var基因的染色体末端，可能为var基因重组提供空间基础。

"AP2-P is required for subtelomeric structures and interactions"通过基因 knockdown 实验证实：AP2-P通过稳定MORC蛋白维持这些三维结构，其缺失导致亚端粒折叠结构和染色体间互作显著减弱，但意外的是并不影响var基因转录沉默，暗示这些结构可能主要参与var基因的遗传重组而非转录调控。

在"AP2-P, AP2-I and MORC activate stage-specific genes"部分，研究人员发现：这组蛋白在活性基因区形成转录激活复合物，调控红细胞入侵相关基因的表达。约60%的晚期特异性基因受该复合物调控，AP2-P knockdown导致这些基因显著下调。

"AP2-P activating complex defines euchromatic structures"揭示：活性基因区边界强度与转录水平正相关，且AP2-P富集位点形成更强的绝缘边界。这些边界常作为远距离互作的锚定点，将功能相关基因（如入侵相关基因msp5、ron6和cdpk1）聚集形成转录枢纽。

最后，"Stage-specific structures associate with stage-specific genes"比较发现：异染色质结构在整个红细胞周期相对稳定，而活性基因区的三维组织则呈现明显的阶段特异性，与生命周期不同阶段的转录程序精确对应。

这项研究的重要意义在于：首次在真核病原体中系统阐明了有限转录因子通过组合作用调控基因组三维组织的分子机制。AP2-P/MORC复合物既能组织异染色质区促进抗原变异，又能协调活性基因的共表达，这种"一因多用"的策略可能是疟原虫适应寄生生活的关键进化创新。该发现不仅为理解疟原虫生物学提供了新框架，其揭示的简化版基因组组织原理对真核生物三维基因组研究也具有重要启示。特别值得注意的是，疟原虫与高等真核生物采用完全不同的蛋白因子（如用MORC替代CTCF）实现相似基因组功能的发现，为靶向三维基因组的新型抗疟药物设计提供了理论依据。