寄生原虫端粒蛋白研究进展

赵　娜，张西臣

(1. 华北理工大学实验动物中心，河北唐山 063000；2.吉林大学动物医学学院，吉林长春 130062)



寄生原虫端粒蛋白研究进展

赵娜1,2，张西臣2*

(1. 华北理工大学实验动物中心，河北唐山 063000；2.吉林大学动物医学学院，吉林长春 130062)

摘要：端粒蛋白是指那些直接或间接与端粒结合的蛋白组分。近年来寄生虫端粒蛋白研究引起了人们广泛的关注，为寄生虫病的研究提供了新的思路。端粒蛋白具有维持染色体稳定和细胞周期调控等多种功能，共同参与寄生虫生命周期的调节，同时也为寄生虫病的预防和治疗开辟了新的途径。论文主要综述了包括TRFs、Rap1、TERT、RPA、Sir2和Orc1、Gbp、Ku、Rbp38以及LaTBP1等原虫端粒蛋白及其功能，以期为寻找新的防治寄生虫病的靶点提供借鉴。

关键词：寄生虫；端粒结合蛋白；端粒相关蛋白

端粒是真核细胞内线性染色体末端的一种富含G的短双链串联重复序列[1]。端粒蛋白通过与端粒DNA相互作用，调节端粒DNA长度和端粒酶活性、维持染色体稳定，并与DNA复制、DNA损伤修复、细胞周期调控、细胞凋亡及细胞的衰老和肿瘤有着极密切的联系[2]。目前主要有3种形式的端粒蛋白,即单链DNA结合蛋白，双链DNA结合蛋白和端粒相关蛋白。端粒结合蛋白直接保护端粒DNA，而端粒相关蛋白通过与端粒结合蛋白的相互作用间接影响端粒的功能。

寄生虫端粒蛋白的发现为寄生虫领域的研究开拓了更为广阔的方向。寄生虫端粒蛋白、端粒和端粒酶相互作用，共同完成对细胞生命活动的调节。同时，这将有助于了解寄生虫基因表达和变异、细胞周期调节和基因重组等机制。展开和深入对该领域的研究，分离和鉴定寄生虫端粒蛋白、寻找或设计针对该蛋白的药物或疫苗为寄生虫病的防治开辟了新的途径。本文就寄生原虫端粒蛋白的研究进展做一概述。

1端粒重复序列结合因子

端粒重复序列结合因子(TTAGGG repeat-binding factors, TRFs)包括TRF1和TRF2两种蛋白复合物，其以同源二聚体的形式存在，两者间并无相互作用。它们包含N端的Myb区和C端的TRFH区，识别端粒重复序列的双链DNA区域，Myb区与端粒DNA重复序列结合[3]。

目前，在寄生虫中研究该蛋白的主要有布氏锥虫(T.brucei)和亚马逊利什曼原虫(L.amazonensis)。L.amazonensisTRF(LaTRF)分子质量为82.5 ku，是锥虫TRF分子质量大小的2倍；其具有与哺乳动物TRFs类似的Myb和TRFH结构域。染色质免疫共沉淀试验表明，LaTRF能在体内与端粒特异性的结合[4]。然而，LaTRF在端粒中的功能仍有待研究。T.bruceiTRF(TbTRF)是哺乳动物TRF2的同源物，但其缺少TRFH结构域，RNAi介导的TbTRF表达水平的降低导致细胞分裂的停滞以及端粒的缩短[5]。TbTRF在T.brucei可变表面糖蛋白(VSG)转换中发挥关键作用，并且其与端粒DNA的结合活性影响着对VSG转换的调节[6]。TbTRF的发现为研究端粒生物学功能以及T.brucei的致病机理提供了新的途径。Jehi S E等[7]发现了一个新的端粒蛋白T.bruceiTRF互作因子2(TbTIF2)，并且功能研究表明该蛋白在锥虫VSG转换调节以及维持亚端粒结构的完整性和稳定性方面具有重要作用。研究发现，TbTRF/TbTIF2作用的结构域是T.brucei特有的。因此，TbTRF/TbTIF2作用的结构域有可能成为研究抗寄生虫药物的一个潜在的靶点。

2抑制/激活蛋白

人抑制/激活蛋白(human repressor/activator protein,hRap1)是hTRF2互作蛋白，它通过与hTRF2形成复合物发挥端粒调节以及末端保护功能。hTRF2参与端粒以及非端粒DNA损伤应答，hRap1在这一过程中发挥着必不可少的作用[8]。T.bruceiRap1(TbRap1)也通过TbTRF与端粒DNA作用，在血液期的VSG表达沉默中发挥重要作用[9]。随后，Pandya U M等[10]发现T.brucei在媒介昆虫体内，TbRap1也能抑制VSG的表达，并参与染色质结构的调节。到目前为止，关于TbRap1的结构信息知之甚少，所以TbRap1与TbTRF的作用机制尚不能得到解释。由于TbRap1独特的与端粒DNA结合模式，其很可能与其他尚未得到鉴定的端粒蛋白作用而发挥功能。

3端粒酶逆转录酶

端粒酶逆转录酶(telomerase reverse transcriptase, TERT)最先在游仆虫中被鉴定出来，随后在人、鼠、酵母等分别被鉴定和克隆[11]。迄今先后报道了18种寄生虫的TERT基因被克隆出来，包括蓝氏贾第虫、恶性疟原虫、微小隐孢子虫、布氏锥虫等[12]。同时发现不同真核生物TERT由很多高度保守的基序构成，TERT基因由3个结构域N端、反转录区(RT)和C端组成，TERT与端粒酶RNA共同参与染色体末端端粒重复序列的合成[13]。

研究发现,T.bruceiTERT(TbTERT)与其他真核生物的端粒酶具有相似的生物学活性。敲除TERT导致T.brucei每个分裂周期端粒长度缩短3 bp～6 bp[14]。通过转录活性和端粒沉默试验研究端粒延伸机制，虽然端粒酶可能在T.brucei的染色体和微型染色体的有丝分裂中发挥与众不同的作用，但其仍具有传统的防止染色体末端融合和重排的作用。此外，Dreesen O等[14]推测T.bruceiTERT可能在VSG转换中发挥作用，其具体机制仍需进一步研究。

4复制蛋白A

复制蛋白A(replication protein A, RPA)是一个高度保守的三聚体单链DNA结合蛋白，它参与DNA代谢的不同阶段。目前鉴定的RPA同源物包括RPA1(70 ku)、RPA2(32 ku～34 ku)和RPA3(14 ku)[15]。在多数真核生物中，其通过OB折叠域与DNA结合。

在利什曼原虫(Leishmaniaspp.)中，RPA1具有标准的OB折叠域和一个缩短的RFA1结构区[16]。在L.amazonensis中，LaRPA1通过N-端OB折叠域与端粒G-rich链结合，证明了LaRPA1是L.amazonensis端粒相关核蛋白[16-17]。计算机模拟分析显示LaRPA1的三级结构不同于人和酵母RPA1。功能试验表明，LaRPA1能够防止单链DNA的丢失，发挥对端粒的"盖帽"功能[18]。结果分析显示LaRPA1很可能是一个端粒末端结合蛋白，至于其他功能需要不断地去探索。

5Sir 2和Orc 1

在疟原虫(P.falciparum)，Sir2是高度保守的端粒蛋白，包括Sir2A及其同源物Sir2B，其中Sir2A具有组蛋白其去乙酰化酶活性。研究表明，Sir2A缺失的P.falciparum具有更长的端粒重复序列，证明该蛋白在端粒末端保护中发挥着作用[19]。

Orc1作为DNA复制启动蛋白，参与多种细胞活动，包括端粒生物学过程、姐妹染色单体粘连、基因沉默、着丝粒和中心体活性以及胞质分裂。研究发现，P.falciparumOrc1(PfOrc1) N端1 aa-238 aa能与端粒DNA在体外结合，内源性Orc1广泛定位于端粒、亚端粒以及var启动子区域；Orc1与Sir2共同定位于端粒区，Orc1与Sir2协同作用抑制var家族的基因表达[20-21]。鉴于var基因家族编码的产物在P.falciparum致病和免疫逃避过程中有重要作用，Orc1可能是探究P.falciparum致病性的新靶点。在T.brucei中，TbOrc1也是一个端粒相关蛋白，定位于亚端粒区，其调控VSG的表达和转换[22]。

6Gbp

Liu C等[23]在微小隐孢子虫(C.parvum)中发现了一个端粒结合蛋白CpGbp(约23 ku)，含有两个RNA识别基序(RRMs)，其与单链G链端粒DNA结合，与莱茵衣藻的Gbp1p具有很高的同源性。该蛋白是一个核蛋白，与其潜在的调节端粒长度的特性相一致。同时，在柔嫩艾美耳球虫(E.tenella)中也发现了该蛋白的同源物EtGbp1p，研究证明其是一个端粒结合蛋白[24]。由于复杂的生活史以及体外培养技术的局限，C.parvum和E.tenella细胞和分子生物学特性的研究相对滞后，该蛋白的发现为深入研究二者的细胞和分子生物学特性以及生命周期调节提供了新的方向。

7其他端粒蛋白

Ku是由分子质量各为70 ku和80 ku的蛋白亚基组成的异源二聚体，其具有修补断裂的双链DNA和维持端粒长度的作用，同时参与DNA重组、基因沉默。T.bruceiKu表现出参与端粒长度维持的功能，但是对DNA双链损伤修复没有明显的作用。同时Ku的缺失以及导致的端粒渐进性缩短都没有对VSG转换和VSG表达位点的沉默产生影响[25]。

对于锥虫属来说，Rbp38是一个独特的蛋白，它不含有任何保守域。在L.tarentolae和T.brucei中，Rbp38是一个RNA结合蛋白，具有稳定线粒体RNA的功能并参与动基体DNA的复制[26]。研究表明LaRbp38是一个38 ku的端粒DNA结合蛋白，染色质免疫共沉淀试验证明了其能与动基体DNA和核DNA结合[27]。这提示了LaRbp可能具有多重生物学功能，为药物研发提供了靶标。

LaTBP1是L.amazonensisDNA结合蛋白，能特异的结合双链端粒DNA和GT-rich区。LaTBP1有一个Myb样DNA结合域，在结合域中存在一个保守的疏水区，该疏水区与该蛋白结合DNA的活性有关[28]。

8 展望

随着对端粒蛋白这一领域的深入研究，我们对端粒蛋白和端粒及它们所形成的端粒末端复合物的结构和功能逐渐清晰起来。寄生虫作为自然界中一大类生物，端粒蛋白和端粒在其基因表达、细胞周期调控、基因重组和完成生活史方面发挥着不可替代的作用。然而，寄生虫端粒蛋白的研究处于相对滞后的状态，仅在几种原虫中有所研究，而且研究方向多限于端粒蛋白的鉴定和结构的分析。对于寄生虫端粒蛋白的功能和作用原理，目前我们所能获取的信息相对较少，阻碍了对于寄生虫更深层次的认识，同时很难将其应用到寄生虫病的防治中去。因此，寄生虫端粒蛋白的功能研究应该成为该领域研究的重要方向，以便人们更深刻和多角度了解寄生虫，防治寄生虫病。

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Advance in Telomeric Proteins of Parasitic Protozoa

ZHAO Na1,2, ZHANG Xi-chen2

(1.LaboratoryAnimalCenter,NorthChinaUniversityofScienceandTechnology,Tangshan,Hebei,063000,China;2.CollegeofVeterinaryMedicine,JilinUniversity,Changchun,Jilin，130062,China)

Abstract:Telomere proteins are integral components of the telomere complex that bind directly or indirectly with telomere DNA. The telomeric proteins that provide a new research area on parasites, have been paid a great attention recently. They play important roles in both chromosome stability and the regulation of life cycle in parasites. Furthermore, the researches on telomeric proteins opens exciting avenues on the prevention and treatment of parasitic diseases. This article reviewed telomeric proteins of protozoa and related functions, including TRFs, Rap1, TERT, RPA, Sir2, Orc1, Gbp, Ku, Rbp38, and LaTBP1, to develop novel targets for anti-parasite agents.

Key words:parasite; telomere-binding protein; telomere-associated protein

收稿日期：2015-11-29

基金项目：国家自然科学基金项目(31272550，30970322)

作者简介：赵娜(1986-)，女，河北唐山人，讲师，博士，主要从事动物及人兽共患寄生虫病研究。 *通讯作者

中图分类号:S852.7

文献标识码:A

文章编号:1007-5038(2016)06-0102-04