Only Perception: 寄生蟲會破壞它自己的 DNA 以避免偵測

2009-04-17

寄生蟲會破壞它自己的 DNA 以避免偵測

Parasite breaks its own DNA to avoid detection
http://www.physorg.com/news159022189.html

April 15th, 2009

布氏錐蟲（Trypanosoma brucei，譯註：旗下有布氏甘比亞錐蟲、布氏羅得西亞錐蟲等）這種寄生蟲，那導致非洲睡眠病（African sleeping sickness），如同小偷般披著一層偽裝。每當宿主的免疫細胞接近，要摧毀這種寄生蟲的時候，它會藉由「重新排列」其 DNA 並改變外貌來逃避偵測。現在，一項出現在 4/15 Nature 線上版的研究，Rockefeller 大學的二個實驗室合力揭露這種寄生蟲如何將其 DNA 一分為二，開始「落跑」。

這種寄生蟲的生存策略取決於它能夠改變其表面外衣（coat）的能力。外衣完全由一種稱為變異表層糖蛋白（variant surface glycoproteins，VSG）的分子所構成，而為「當前」表層編碼的基因位於靠近染色體末端的 15 到 20 區域。當宿主的免疫系統差不多要殺光所有的寄生蟲時，某些倖存下來的寄生蟲會重新排列其 DNA，並且變更（switch）其外衣，開始另一波感染。在這種「貓捉老鼠的遊戲」期間，免疫系統從未佔過上風，受害者因而死亡。

在 2007 年，George A.M. Cross，分子寄生生物學實驗室首腦，以及 Oliver Dreesen，該實驗室的前博士後，發表了一種模型指出，端粒（telomeres，那位於染色體末端）的長度，調控該寄生蟲改變其表面外衣的頻率。當端粒變得過短時，他們預測，斷裂（break）會在活躍轉錄的 VSG 基因當中或毗鄰基因發生，並觸發一次變更。

"基於我們在 2007 年所完成的觀察，我們預測，在變換背後是雙股 DNA 的斷裂，但我們無法證明它，" Dreesen 說，他現在位於新加坡的 Institute of Medical Biology。但是當 Nina Papavasiliou，淋巴球生物學實驗室大頭，以及 Catharine Boothroyd，Nina 實驗室的博士後，開始與 Dreesen 及 Cross（Rockefeller 的 Andre and Bella Meyer 教授）共同合作時，一切事情都改變了。

"Nina 與 Catharine 有一種完美的系統能對付這種模型是否正確，" Dreesen 說。"他們開發出一種經過大幅改善的分析以測量變更頻率，那相當重要，不過關鍵在於他們能夠人為使活躍 VSG 基因的上游斷裂（put breaks upstream of the active VSG gene）並觀察表面外衣是否改變。"

"藉由使用一種來自於酵母能劈開 DNA 的酵素（DNA-cleaving enzyme）的，這個團隊發現，當活躍 VSG 基因上游某處特定區域的 DNA 斷裂時，導致寄生蟲增加其外衣轉變的頻率達 250 倍。在這段由斷裂所誘發的重組期間，來自於另一個染色體的 VSG 基因會被複製，並取代先前活躍的 VSG 基因。"

"這是一項令人振奮的發現，" Boothroyd 說，"因為重複基因轉換（duplicative gene conversion）也是野生錐蟲變更其表面外衣的方法。" 一如 Boothroyd 所指，那也是為何製造抗體的 B 淋巴球要斬斷並重新排列其 DNA 以便摧毀這種能夠感染我們、數量近乎無限的外來入侵者的緣故。

為了要使重複基因轉換發生，該團隊發現雙股斷裂會自然地發生，而且專門發生在活躍 SVG 基因上游的某個區域內。這種被保留下的重複性區域，老早被懷疑對於 VSG 變更的發生很重要，但不曾在實驗中證實過。"故，偵測到這種斷裂是一項重要發現，" Cross 說。"某些事在這些新技術應用出現之前是不可能辦到的。"

當該團隊察看他們第一組資料時，那不僅精確符合 Dreesen 與 Cross 的預測，而且指出一種常見的機制，寄生蟲與人類藉此重新排列他們的 DNA。"那令人難以置信，" Dreesen 說。"一項實驗緊接在另一個後面，而且它剛好行得通。"

※ 寄生生物各個武功高強。相關報導：

＊ A yeast-endonuclease-generated DNA break induces antigenic switching in Trypanosoma brucei
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/abs/nature07982.html
http://dx.doi.org/10.1038/nature07982

Catharine E. Boothroyd, Oliver Dreesen, Tatyana Leonova,
K. Ina Ly, Luisa M. Figueiredo, George A. M. Cross &
F. Nina Papavasiliou
Nature advance online publication 15 April 2009
doi: 10.1038/nature07982