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에스테르의 합성과 회수

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커뮤니케이션 생물학 6권, 기사 번호: 306(2023) 이 기사 인용

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톡소플라스마 곤디이(Toxoplasma gondii)는 인간뿐만 아니라 가축에도 감염되는 널리 퍼진 인수공통감염 병원체입니다. 여러 유형의 유핵 숙주 세포에서 번식하는 이 기생충의 탁월한 능력은 막 생물 발생을 위한 내인성 및 숙주 유래 영양 자원의 조화로운 사용을 필요로 합니다. 포스파티딜에탄올아민은 T. gondii에서 두 번째로 흔한 글리세로인지질이지만 급성 감염성 빠르게 분열하는 타키조이트 단계에서 이 요구 사항이 어떻게 충족되는지는 수수께끼로 남아 있습니다. 이 연구는 기생충이 에스테르 및 에테르 연결 PtdEtn에 대한 수요를 충족시키기 위해 새로운 합성 및 회수 경로를 전개한다는 것을 보여줍니다. 포스포에탄올아민 시티딜릴트랜스퍼라제(ECT)의 옥신 매개 고갈은 침입 및 세포 분열 장애로 인해 타키조이트에서 치명적인 표현형을 유발하여 용해 주기 동안 CDP-에탄올아민 경로의 중요한 역할을 공개합니다. 이에 따라 내부 막 복합체는 길이, 기생충 폭 및 주요 인지질의 감소와 동시에 파괴된 것으로 나타났습니다. TgECT 돌연변이의 통합 지질학 및 동위원소 분석을 통해 에스테르-PtdEtn의 내인성 합성과 숙주 세포에서 에테르 연결 지질의 회수가 밝혀졌습니다. 간단히 말해서, 이 연구는 T. gondii가 새로운 합성의 치료 관련성을 특징으로 하면서 독특한 형태의 PtdEtn을 생성하기 위해 다양한 수단을 작동하는 방법을 보여줍니다.

원생동물문 Apicomplexa는 Toxoplasma, Plasmodium, Eimeria 및 Cryptosporidium과 같은 많은 일반적인 세포내 병원균으로 구성됩니다. 속에서 유일하게 알려진 종인 톡소플라즈마 곤디(Toxoplasma gondii)는 다양한 척추동물의 여러 유형의 유핵 세포를 감염시키는 놀라운 능력을 가지고 있습니다. 따라서 이는 가장 성공적인 병원체 중 하나로 인식됩니다. T. gondii에 의한 숙주의 자연 감염은 오염된 음식에 포함된 난모낭이나 포낭을 섭취함으로써 시작됩니다. 난모낭 또는 낭종에서 각각 방출된 포자소체 및 브라디조이트 단계는 위 상피를 감염시키고 추가로 감염성이 높고 난잡하며 빠르게 분열하는 타키조이트 단계로 발전하여 다른 조직에서 번식하여 결국 영구 용해 주기에 의해 괴사를 유발합니다. 물리화학적, 면역적 스트레스를 받으면 일부 타키조이트는 낭포된 브라디조이트로 분화하여 만성 감염을 일으킵니다. 숙주 세포 내에서 세포내 번식을 위해서는 기생충이 합성 및 회수 경로를 통해 충분한 막 바이오매스를 생산해야 하며, 그 중 다수는 탁월한 항기생충 치료 표적을 제공합니다3,4.

글리세로인지질은 T. gondii4,5,6,7,8의 타키조이트에서 생체막의 주요 성분을 구성합니다. 포스파티딜콜린(PtdCho), 포스파티딜에탄올아민(PtdEtn), 포스파티딜트레오닌(PtdThr), 포스파티딜세린(PtdSer), 포스파티딜이노시톨(PtdIns), 포스파티딜글리세롤(PtdGro) 및 포스파티데이트(PtdOH)는 타키조이트에 존재하는 전형적인 인지질이며 최적의 용해 주기5,7, 9,10,11,12. 기생충 복제에 대한 관례적인 역할 외에도 많은 인지질이 최근 칼슘 항상성과 신호 전달의 주요 역할로 등장하여 타키조이트7,12,13,14,15 활공 운동성, 침입 및 탈출에 기여합니다. 기생충은 숙주 세포5,7,9,10,11,12,16,17,18,19에서 획득한 전구체를 사용하여 인지질을 합성할 수 있습니다. 또한 세포외 및/또는 세포내 환경에서 특정 인지질 종/프로브를 구제할 수 있습니다.

PtdEtn은 타키조이트에서 두 번째로 가장 흔한 인지질이며, 에스테르 및 에테르 연결 형태5,6,7로 존재합니다. 기생충 미토콘드리아 및 기생충 공포에 위치한 별개의 PtdSer 탈탄산효소(PSD), 소포체의 케네디 경로라고도 불리는 CDP-에탄올아민, 원형질막에서 P4-ATPase 매개 뒤집기를 통해 여러 경로가 에스테르-PtdEtn을 생성할 수 있습니다5,10, 20,21. CDP-에탄올아민 경로를 통한 내인성 합성에는 타키조이트18에 의해 생성될 수 있는 디아실글리세롤 지지체가 필요합니다. T. gondii에서는 아직 연구되지 않았지만 에테르 연결 PtdEtn은 포유류 세포에서 알킬-글리세론 인산염 합성 효소에 의해 만들어진 알킬-글리세롤 백본을 포함합니다. 기능적 측면에서 에스테르-PtdEtn의 원뿔 모양은 막 곡률에 기여하여 신진, 융합 및 핵분열 현상을 조절하여 막-단백질 상호 작용을 촉진합니다. 반면, 에테르-PtdEtn의 모양은 헤드 그룹 사이의 분자간 수소 결합을 더 강하게 허용하여 막 유동성을 감소시킵니다.

100 residues compared to canonical homologs. TgECT is exceptional with a long extension of about 500 amino acids, resulting in a 3× larger protein than its non-apicomplexan counterparts (Fig. 1a)./p>16 parasites were barely present under ECT-depleted conditions, contrasting with the control cultures. In agreement, the assessment of endodyogeny demonstrated a strongly impaired daughter cell formation only in the IAA-treated TgECT-AID-3xHA mutant (Fig. 3b)./p>200 parasitophorous vacuoles. e Invasion efficiency of the indicated strains (−/+IAA). A total of >1000 events were scored for the shown bar graphs. f Gliding motility of tachyzoites. TgSAG1-stained parasites were analyzed for the motile fraction (200–400 cells, n = 4 assays) and trail length (>60 trails per group, except for IAA-treated TgECT-AID-3xHA (13 trails)). g The yield of tachyzoites (−/+IAA). HFF monolayers (106 cells) were infected with indicated strains (MoI = 1) and cultured for 48 h with or without IAA, followed by parasite counting. The (a–g) show data from n = 3 or more experiments (means ± S.E.; *p ≤ 0.05, **p ≤ 0.01, ***p ≤ 0.001)./p>5-fold), C34:2 (∼11x), C36:2 (∼10x), C38:4 (∼6x) and C40:5 (∼6x) (Fig. 7c), which confirmed the presence of a functional CDP-ethanolamine pathway5,10. The IAA-mediated ECT depletion impaired the isotope labeling of C34:1, C34:2, and C36:2 species, consistent with the observed decline in their content (Fig. 7a). By contrast, the 13C2-labeling of C38:4 and C40:5 PtdEtn were not affected by IAA (Fig. 7c) in accord with their unperturbed or increased levels (Fig. 7a). Tachyzoites grown in 13C2-ethanolamine-labeled host cells did not show isotopic enrichment in any of the ester-PtdEtn species ruling out salvage of these lipids (Fig. 7c). Inversely, we witnessed an opposite phenomenon for ester-PtdEtn species (A34:2, A36:5) that were 13C2-enriched (∼4–5x) in intracellularly-grown but not in host-free parasites (Fig. 7d). Other lipid species (A38:5, A38:6, A40:6) were labeled equally under both settings (∼2–3x), and as expected, no change in 13C2-labeling of ether-PtdEtn was seen upon depletion of ECT. The data entail that ester-PtdEtn species are synthesized primarily de novo using the CDP-ethanolamine pathway, while the parasite salvages ether-linked PtdEtn species from its host cell./p>600 amu; MS2 range 50-1050 amu) with an accumulation time of 150 ms, collision energy of 35 V and a CE spread of 15 V. Data processing was done using the Analytics module of SciexOS and MSDial42./p>