家蚕微孢子虫与BmN细胞线粒体之间的相互作用机制研究

Microsporidia are obligate intracellular parasites. Due to lack of a large amount of energy synthesis related genes, they are considered to be energy parasites. Mitochondria are the main source of cellular energy. After Microsporidia infect host cell, the host mitochondria are gathered around the Microsporidia to gain host energy. However, the molecular and interaction mechanism of this process is unkown. Nosema bombycis which is typical species of Microsporidia and BmN cell that is model insect silkworm ovary cell line as test material, the interactional protrins (Nosema bombycis proteins and silkworm mitochondrial proteins) between Nosema bombycis and BmN mitochondria are explored and discovered. While the analysis of expression profile of the related proteins, gene overexpression and gene targeting knock out (TALEN) researchs are applied to reveal the role and function on gathering mitochondria and obtaining the host energy. The mechanism of interaction between the Nosema bombycis and BmN mitochondria will be clarified to provide a theoretical basis for prevention and cure of Nosema bombycis, as well as other diseases and the development of new insecticides.

微孢子虫是一种专性的细胞内寄生虫，由于其缺乏大量的能量合成相关基因，因此被认为是一种能量寄生虫。线粒体是细胞能量的主要来源，微孢子虫侵染宿主后能够使宿主的线粒体聚集到其周围从中获取宿主能量，但这一过程发生的分子机制及作用机理尚不清楚。我们以微孢子虫的典型种家蚕微孢子虫和模式昆虫家蚕的卵巢细胞系- - BmN细胞为试材，利用线粒体亚细胞蛋白质组和T7噬菌体展示技术对家蚕微孢子虫与BmN细胞线粒体之间的相互作用蛋白（家蚕微孢子虫蛋白和家蚕线粒体蛋白）进行探索和发掘，同时进行相关蛋白的时空表达分析，应用基因过表达和基因打靶敲除（TALEN技术）等研究手段，来揭示这些相互作用蛋白在微孢子虫聚集细胞线粒体及获取宿主能量过程中的作用和功能，进而阐明家蚕微孢子虫与BmN细胞线粒体之间的相互作用机理，为家蚕微孢子虫以及其它病害微孢子虫的防治和新型杀虫剂的开发提供理论依据。

微孢子虫是专性的细胞内寄生虫，具有广泛的宿主范围，从无脊柱动物到脊柱动物。家蚕微孢子虫是第一个被发现的能够感染家蚕引起微粒子病，从而对蚕业生产造成巨大损失的微孢子虫。独特的侵染模式和胞内生殖阶段在微孢子虫繁殖过程中具有重要意义。本项目通过建立家蚕微孢子虫感染的BmN细胞模型和体外发芽模型，利用转录组、蛋白质组和T7噬菌体文库等生物学方法对家蚕微孢子虫与宿主细胞之间的相互作用，尤其是细胞质蛋白（含线粒体蛋白）之间的相互作用及微孢子虫的发芽机制进行了研究。本项目研究发现在家蚕微孢子虫感染BmN细胞过程中，家蚕微孢子虫可调节多种BmN细胞代谢和信号通路。如在蛋白合成方面，家蚕微孢子虫主要通过调节PI3K-AKT-mTOR信号通路、内质网蛋白加工通路以增强蛋白质的合成；在能量转运和线粒体聚集方面，主要通过重塑宿主细胞骨架系统尤其是微管相关蛋白；在逃避宿主免疫方面，主要是通过调控线粒体细胞色素C等蛋白进而抑制细胞凋亡、调控蛋白酶体抑制蛋白从而抑制免疫蛋白酶体的形成、调控肌动蛋白阻碍自噬体的形成等通路；在代谢上，则通过提升宿主细胞的核苷酸等代谢通路来弥补自身基因组的缺陷。针对微孢子虫孢子的发芽过程进行的研究发现，去磷酸化作用、胞壁蛋白、能量代谢的糖酵解途径和戊糖磷酸途径等都发生了显著变化；而对家蚕微孢子虫蓖麻毒素B凝集素蛋白功能的研究显示，其能够促进孢子对BmN细胞的粘附进而在侵染过程中发挥作用。这些相互作用、代谢通路及基因功能的发现，将为家蚕微孢子虫以及其它病害微孢子虫的防治和新型杀虫剂的开发提供了理论依据。