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低酸素およびミトコンドリア呼吸阻害剤によるスクイコチリエート寄生虫のオルタナティブオキシダーゼの分子特性と遺伝子発現の調節
Molecular characterization and gene expression modulation of the alternative oxidase in a scuticociliate parasite by hypoxia and mitochondrial respiration inhibitors.
PMID: 32681023 DOI: 10.1038/s41598-020-68791-9.
抄録
Philasterides dicentrarchi は海産底生の微好気性珪藻類であり、日和見性の内寄生虫であり、養殖フグ（Scophthalmus maximus）に感染して高致死率を引き起こす可能性がある。繊毛虫はチトクローム経路（CP）に加えて、シアンに感受性のある呼吸経路を利用することができ、これはミトコンドリアに代替酸化酵素（AOX）が存在することを示している。P. dicentrarchi の AOX 活性は機能的アッセイの結果から報告されているが、繊毛虫における AOX の存在を示す遺伝的証拠はこれまで報告されていなかった。本研究では、繊毛体のゲノム解析とトランスクリプトーム解析を行い、AOX遺伝子とそれに対応するmRNAを同定した。AOX遺伝子（サイズ1,106bp）は、4つのエクソンと3つのイントロンを含み、915bpのオープンリーディングフレームを生成し、予測分子量35.6kDaのタンパク質を有する。AOXのアミノ酸(aa)配列は、ミトコンドリアを標的とする輸入シグナルペプチドを含み、タンパク質はミトコンドリアの内膜に関連している。バイオインフォマティクス解析により、このペプチドはホモ二量体糖タンパク質であることが予測されたが、ネイティブな条件下では、ジイロン活性中心に関連するEXXHモチーフを持つ単量体形態も存在する可能性がある。異なるP. dicentrarchi分離株のAOXのaa配列は高度に保存されており、系統的に他の繊毛動物種、特にscuticociliateのAOXと密接に関連していた。AOXの発現は、宿主への感染中およびCP阻害剤の添加後に有意に増加した。このことは、AOXが低酸素環境下での呼吸や宿主感染時に発生する酸化ストレスからの保護に重要な生理的役割を果たしていることを確認した。
Philasterides dicentrarchi is a marine benthic microaerophilic scuticociliate and an opportunistic endoparasite that can infect and cause high mortalities in cultured turbot (Scophthalmus maximus). In addition to a cytochrome pathway (CP), the ciliate can use a cyanide-insensitive respiratory pathway, which indicates the existence of an alternative oxidase (AOX) in the mitochondrion. Although AOX activity has been described in P. dicentrarchi, based on functional assay results, genetic evidence of the presence of AOX in the ciliate has not previously been reported. In this study, we conducted genomic and transcriptomic analysis of the ciliate and identified the AOX gene and its corresponding mRNA. The AOX gene (size 1,106 bp) contains four exons and three introns that generate an open reading frame of 915 bp and a protein with a predicted molecular weight of 35.6 kDa. The amino acid (aa) sequence of the AOX includes an import signal peptide targeting the mitochondria and the protein is associated with the inner membrane of the mitochondria. Bioinformatic analysis predicted that the peptide is a homodimeric glycoprotein, although monomeric forms may also appear under native conditions, with EXXH motifs associated with the diiron active centers. The aa sequences of the AOX of different P. dicentrarchi isolates are highly conserved and phylogenetically closely related to AOXs of other ciliate species, especially scuticociliates. AOX expression increased significantly during infection in the host and after the addition of CP inhibitors. This confirms the important physiological roles of AOX in respiration under conditions of low levels of O and in protecting against oxidative stress generated during infection in the host.