バリアント表面糖タンパク質

変異体表面糖タンパク質 （ VSG ）は、 トリパノソーマ属に属する原生動物の寄生虫の細胞表面を密に詰める約60kDaのタンパク質です。 12〜15 nmの表面コートを形成し、1975年にジョージクロスによってトリパノソーマブルーセイから最初に分離されました。 VSGにより、トリパノソーマ類の寄生虫は、広範な抗原変異により哺乳類宿主の免疫系を回避できます。 VSGには生化学的活性は規定されていません。

寄生虫には、テロメアおよびサブテロメアのアレイ（メガベース染色体またはミニ染色体上）に位置する、抗原的に異なるVSG（〜1500完全および部分（偽遺伝子））の大きな細胞レパートリーがあります。 VSGは、RNAトランスフェラーゼ受容体（Tfr：ESAG6、ESAG7）を含む他のES関連遺伝子（ESAG）とともに、RNAポリメラーゼI（リボソーム型プロモーターに動員される）によってポリシストロンの血流発現部位（BES、ES）から発現されます1であります。一度に発現されるVSG遺伝子は1つだけです。これは、細胞内で〜15個のESのうちの1つだけが活性化しているためです。 VSGの発現は、アレイからのサイレントベーシックコピー遺伝子の相同組換え（相同性によって指示される）によって、活性なテロメアに位置する発現部位に「スイッチ」されます。モザイクVSG遺伝子は、アレイからの部分的なVSG遺伝子の相同組換えによって作成できます。この部分遺伝子は、存在するVSG遺伝子の任意の部分を置き換え、新しいモザイクVSGを作成します。

トリパノソーマ・ブルーセイで

Trypanosoma bruceiでは、細胞表面は約5 x 106 VSGダイマーの密な被覆で覆われています。これは、すべての細胞表面タンパク質の約90％です。また、総細胞タンパク質の約10％を占めています。

免疫回避を可能にするVSGコートの特性は次のとおりです。

シールド-VSGコート（VSGタンパク質は肩から肩まで）の密な性質により、哺乳類宿主の免疫系が原形質膜またはその他の寄生不変表面エピトープ（イオンチャネル、トランスポーター、受容体など）にアクセスするのを防ぎます。）。コートは均一で、同じ分子の何百万ものコピーで構成されています。したがって、VSGは、免疫系が認識できるトリパノソームの唯一の部分です。
周期的な抗原変動– VSGコートは頻繁に確率的な遺伝的修飾（「切り替え」）を受け、新しいVSGコートを発現する変異体は、以前のコートに対して生じた特定の免疫応答から逃れることができます。この抗原変異は、ヒトアフリカトリパノソーマ症に特徴的な寄生虫血症の周期的な波を作り出します。
抗原の「クリーニング」とVSGのリサイクル-VSGはトリパノソームのべん毛ポケットを通して効率的にリサイクルされ、細胞膜に再び取り込まれる前にVSGから抗体を「クリーニング」できます。重要なことに、抗体によって認識され結合されたVSGは、正体不明のVSGよりも速い速度で選択的に鞭毛ポケットに向かって押し出されます。このシナリオでは、抗体は「帆」として機能し、VSGがリサイクルの領域に運ばれるプロセスを早めます。

T. bruceiのVSGは、2つのグリコシルホスファチジルイノシトール（GPI）アンカー（モノマーごとに1つ）への共有結合を介して原形質膜に結合します。これにより、膜への取り込みのためにERから鞭毛ポケットへの前方輸送が指示されます。 GPI原子価仮説によって予測されるとおり。

寄生虫がツェツェバエ中腸でプロサイクリック型に分化するとき、VSGはプロサイクリンの同等に密なコートに置き換えられます。温度が下がるとすぐに発生するVSG遺伝子転写の非常に速い阻害があります。

表現

感染中のVSG可変性の原因は、 T。bruceiゲノムに存在するVSG遺伝子の大きな「アーカイブ」です。これらのいくつかは、完全長の無傷の遺伝子です。その他は偽遺伝子です（通常、フレームシフト変異、早期終止コドン、または断片化を伴う）。抗原的に異なるVSGの発現は、発現サイトスイッチング（ESがアクティブであるスイッチング）によって異なる全長VSG遺伝子に単純に切り替えることで発生します。さらに、複数のサイレントVSG遺伝子からのセグメントを組み合わせることにより、キメラまたは「モザイク」 VSG遺伝子を生成できます。モザイクVSGの形成により、偽遺伝子VSGの（部分的な）発現が可能になり、 VSGアーカイブの大部分を構成することができ、抗原変異に直接寄与することができ、トリパノソームの免疫回避能力を大幅に増加させ、ワクチン開発。

VSG遺伝子は、常にサイレント状態に維持され、いつでもオンに切り替えることができます。発現されたVSGは常に、いくつかの大型および中間染色体のテロメアに見られる特殊な発現遺伝子座である発現サイト（ES）にあります。各ESはポリシストロンユニットであり、多数の発現部位関連遺伝子（ESAG）を含み、すべてがアクティブなVSGとともに発現します。複数のESが存在しますが、一度にアクティブになるESは1つだけです。多くのメカニズムがこのプロセスに関与しているように見えますが、サイレンシングの正確な性質はまだ不明です。

発現されたVSGは、異なる発現部位を活性化することにより（したがって、その部位でVSGを発現するように変化する）、または活性部位のVSG遺伝子を異なる変異体に変更することにより切り替えることができます。ゲノムには、ミニ染色体上と染色体内部の繰り返しセクションの両方に、VSG遺伝子の多くのコピーが含まれています。これらは一般にサイレントであり、通常はセクションが省略されているか、または停止コドンが未熟ですが、新しいVSG遺伝子の進化に重要です。 T.bruceiゲノムの最大10％がVSG遺伝子または偽遺伝子で構成されていると推定されています。これらの遺伝子はいずれも、発現のための組換えにより活性部位に移動することができます。繰り返しますが、これを制御する正確なメカニズムは不明ですが、プロセスはDNA修復機構と相同組換えのプロセスに依存しているようです。

血流発現部位（BES）、またはテロメア発現部位は、補体システムから逃れるために宿主の血流中にある変異体表面糖タンパク質を交換するために使用されます。 BESはサイズと構造が多型ですが、大規模な組換えのコンテキストで驚くほど保存されたアーキテクチャを明らかにします。非常に小さなBESが存在し、多くの機能しているBESには、 発現サイト関連遺伝子 （ESAG）の完全な補体が含まれていません。推定20〜30のサイトのコレクションがあり、それぞれが一度にアクティブになっています。アクティブなVSG発現部位は、ヌクレオソームが枯渇しています。

T. bruceiの遺伝子レパートリーは、系統特異的になるために分岐しています。

T. bruceiの変異体表面糖タンパク質遺伝子は、発現時に遺伝子の重複が観察されるかどうかに応じて2つのグループに分類されています。

秘書の人身売買

トリパノソーマには、単一のER、リソソーム、およびゴルジ体からなる単純な分極膜輸送システムがあります。

VSGは最初にポリシストロンとして転写され、その後、ポリピリミジントラクトによって指示されるトリパノソマチド特異的ポリアデニル化とトランススプライシングを受ける。転写制御がないため、VSG 3'UTRはRNAの安定性にとって重要です（最も重要なのは、8merおよび14mer）。その後、VSGは膜結合ポリソームに転写され、N末端シグナル配列の出現によりVSGがERに誘導されます。これにより、VSGはER内腔に同時翻訳的に輸送され、急速にN-グリコシル化され（asn-x-ser / thr部位で）、GPIはアミノ基転移反応によりω部位に固定されます（C末端疎水性17または23aaの除去） GPIアンカーシーケンス）。 ω部位は常にSer（通常17アミノ酸シグナル配列ペプチド）、Asp（通常23アミノ酸シグナル配列ペプチド）、またはAsnです。また、VSGあたりのNグリコシル化部位の数は異なる場合があります（通常1〜3個のNグリカン）。 VSG MITat.1.5は、3つすべての潜在的なNグリコシル化部位でグリコシル化されています。

その後、VSGはカルレティキュリン/カルネキシンのフォールディングサイクルを経て（カルネキシンはトリパノソーマブルーセイには存在しません）、そこで一時的にモノグルコシル化および脱グルコシル化され、BiPなどのさまざまなERシャペロンタンパク質と相互作用して、正しくフォールディングします。 VSGは効率的に折り畳まれ、二量体化し（本質的に好ましい折り畳みを示唆する）、ゴルジ体を介して細胞膜への取り込みのために鞭毛ポケットに輸送されます。

重要なことは、細胞膜への取り込みに続いて、VSGは後に鞭毛ポケットを通してリサイクルされ、細胞表面に戻される可能性があります。 VSGは、リソソームまたはプロテアソームの標準的な分解経路によって引き継がれるのではなく、GPI固有のPLCによるGPIアンカーの特異的な切断によって細胞から失われます。

構造

VSG遺伝子は、配列（一次）レベルで大きく変化しますが、バリアントは、2つの決定された3次元構造と2次元配列モチーフ（降順および昇順アルファへリックス）に基づいて、構造（三次）特性が強く保存されていると考えられています二量体化インターフェイスを構成します）、同様のシールド機能を実行できるようにします。 VSGは、低い配列相同性（13-30％の同一性）を持つ約300-350アミノ酸のN末端ドメイン、および〜100アミノ酸のより保存されたC末端ドメインで構成されています。 N末端ドメインは、システインパターンに応じてクラスACに分類されます。 C-termドメインは、配列相同性によりクラスI-IIIにグループ化されます。明らかに、どのN-termクラスとペアリングして完全なVSGを形成できるかについての制限はありません。二量体化するために、VSG N末端ドメインは、疎水性相互作用によって方向付けられた4つのアルファヘリックスの束を形成し、その周りに小さな構造的特徴（5つの小さなヘリックスと3つのベータシート）がかかっています。

VSGは、グリコホスファチジルイノシトール（GPI）アンカー（ERから膜への前方輸送を指示するC末端からの非共有結合）を介して細胞膜に固定されています。このGPIアンカーはGPIホスホリパーゼCによって特異的に切断され、膜型VSGを切断し、VSGタンパク質とGPIアンカーの一部が細胞外環境に溶けて可溶性VSG（sVSG、これは交差反応として認識されます）として失われます決定基、またはCRD）、膜に2つの1,2-ジミリストルグリセロール鎖を保持しながら。

抗原変異

VSGは免疫原性が高く、特定のVSGコートに対して生じる免疫応答は、この変異体を発現するトリパノソーマを急速に殺します。抗体を介したトリパノソームの殺傷は、補体を介した溶解アッセイによりin vitroでも観察できます。ただし、各細胞分裂では、子孫の一方または両方が発現を切り替えて、発現されているVSGを変更する可能性があります。 VSG切り替えの頻度は、部門ごとに約0.1％と測定されていますが、切り替え率は培養と生体内では異なります。 T. bruceiの個体数はホスト内で1011のサイズでピークに達する可能性があるため、この急速な切り替えにより寄生虫の個体数は常に多様になります。トリパノソーム集団によって表現される多様な範囲のコートは、免疫系が常に一歩遅れていることを意味します。特定のVSGに対する免疫応答が発生するまでに数日かかり、個体がさらにスイッチングイベントを経験するにつれて集団が多様化する時間を与えます。このプロセスの繰り返しにより、感染トリパノソーム集団の絶滅が防止され、宿主の寄生虫が慢性的に持続し、感染の機会が増えます。このサイクルの臨床効果は、寄生虫血症（血中のトリパノソーム）の連続した「波」です。

他のトリパノソーマ

可変表面糖タンパク質は、他のトリパノソーマ種にも見られます。

馬のカバー病を引き起こす寄生虫であるTrypanosoma equiperdumでは、これらのタンパク質により、寄生虫が宿主動物の免疫系を効率的に回避することができます。これらのVSGにより、生物はそのタンパク質の表面構造を絶えず操作および変更できます。つまり、新しい外来生物として免疫系に絶えず提示されているため、体が病気を根絶するのに十分な免疫応答を開始できなくなります。この意味で、 トリパノソーマ・エクイペルダムは非常に効率的な生物です。他の病気よりも少ない種に感染する可能性がありますが、指定された宿主内で非常に効率的に感染し、生存します。 T. equiperdumのVSGタンパク質もリン酸化されます。

トリパノソーマエバンシ、動物のサラのフォームを引き起こす寄生虫からのVSG遺伝子は大腸菌でクローン化されています。発現したタンパク質は、すべての血清の組み合わせに対して免疫反応性があります。全細胞ライセートまたは組換えタンパク質で免疫した動物は、ELISA（酵素結合免疫吸着アッセイ）およびCATT（トリパノソーマ症のカード凝集試験）で同様の抗体反応を示します。 RoTat 1.2 PCR糖タンパク質変数表面はT. evansi感染の検出のための特異的な診断ツールとして使用することができます。

これまでの最小のVSGタンパク質（サイズが40 kDa）（1996年）は、三糖トリパノソーマで見つかりました。

トリパノソーマコンゴレンセでは、糖タンパク質の加水分解後に取り込まれた糖のin vitro分析により、グルコサミンとマンノースが炭水化物部分の生合成に直接利用されるのに対し、ガラクトースはおそらく抗原に取り込まれる前に他の中間体に変換されたことが示されました。分子量47 kDaの非グリコシル化VSGは、サイズの不均一性を完全に失っていました。