研究内容
1. マラリア原虫におけるリン脂質代謝メカニズムの解析
熱帯熱マラリア原虫は、ヒト赤血球内で増殖する際に多量のリン脂質を必要とします。一部のリン脂質は、原虫の細胞外から供給されるとともに、原虫は多種多様なリン脂質を生合成します（図１）。しかしながら、熱帯熱マラリア原虫のリン脂質代謝を担う酵素の実体および生理機能についてはよく分かっていません。私たちは、ゲノム上の推定のリン脂質代謝酵素の機能を明らかにするために、遺伝子改変の技術やリピドミクスの手法を組み合わせて研究を進めています。
Our research focuses on how the human malaria parasite P. falciparum metabolizes phospholipids to complete its life cycle in the human erythrocytes. P. falciparum acquires diverse lipid molecules from its environment and uses them as a building block of the parasite membranes (Tokumasu F et al. 2021). Although several lipid metabolic pathways such as phospholipid turnover have been proposed, detailed molecular mechanisms remain to be characterized. We apply state-of-the-art genetic modification strategy, including the CRISPR/Cas9 system, to dissect and unveil the biological significance of putative phospholipid metabolic enzymes. Until now, we’ve generated a series of transgenic P. falciparum parasites modified target lipid enzyme genes. These transgenic parasites will be used for further characterization of lipid metabolic pathways. Our study will provide novel insights into the biological aspect of the human malaria parasites and new target enzymes for anti-malarial drugs.
2. マラリア原虫における脂質取り込みメカニズムの解析
熱帯熱マラリア原虫は、増殖に必要な脂質のひとつであるコレステロールの完全な生合成系を持っていないため、細胞外からを獲得する必要があります。しかし、マラリア原虫は他の真核生物で見られるようなコレステロール輸送系を持っていません。したがって、マラリア原虫は、他の生物では見られない新奇なコレステロール獲得系を有していると考えられます。私たちは、マラリア原虫のコレステロール取り込みにホストの受容体が関与している可能性を示しました。現在、コレステロールの輸送の分子基盤の全貌を明らかにするために精力的に研究を進めています（図２）。
P. falciparum needs to uptake cholesterol, an essential lipid for growth, from extracellular environments. Because malaria parasite lacks the complete biosynthetic pathway and conventional uptake pathway for cholesterol, we hypothesized that unique cholesterol uptake mechanisms are utilized in the parasite. We have revealed that host receptor molecules on the erythrocytes play roles in the cholesterol uptake. We have been exploring the whole picture of the cholesterol uptake pathway in malaria parasites.
3. マラリア原虫における酸化脂質代謝メカニズムの解析
熱帯熱マラリア原虫は、感染したヒト赤血球内において高度な酸化ストレス（血流中の酸素、ヘモグロビン由来の活性酸素）に晒されながら増殖を行っています。活性酸素によって生成される過酸化脂質は、細胞に致死的な障害を引き起こすことが明らかになっています。このことから私たちは、マラリア原虫が赤血球内で増殖を行うためには、自身にとって有害である過酸化脂質を除去するための代謝経路が必要不可欠だと考えました。現在、高度酸化ストレス下でのマラリア原虫の生存戦略を明らかにするため、赤内型マラリア原虫が有する過酸化脂質代謝経路の解析を精力的に行っています。
Elucidating the mechanism of oxidative lipid catabolism in Plasmodium falciparum Malaria parasites are exposed with high oxidative stress (O2 in blood stream, reactive oxygen species (ROS) by hemoglobin degradation) in parasitized red blood cells. ROS can produce oxidative lipids, which are deleterious molecules to living cells. Therefore, we speculate that catabolic pathway of oxidative lipid is essential for malaria parasites to replicate in erythrocytes. To reveal survival strategy of parasites under high oxidative stress, we are trying to analyze the catabolic pathway of oxidative lipid in Plasmodium falciparum.4. マラリア原虫における液-液相分離の生理的役割
液-液相分離は、均一な液体が水と油が分離するようにいくつかの液相に分かれる現象であり、細胞内ではタンパク質や核酸が液-液相分離により液滴を形成することで、様々な生命現象が引き起こされることが報告されています。私たちは、マラリア原虫の生活環における液-液相分離の生理的役割を明らかにするため、遺伝子改変技術や顕微鏡解析手法を用いて、相分離関連タンパク質の機能に注目した研究を進めています。
Analysis of physiological roles of liquid-liquid phase separation (LLPS) in Plasmodium falciparum LLPS in cells is a phase transition of proteins and/or nucleic acids from miscible homogeneous state to condensed droplet state. Increasing studies have suggested that liquid droplets formed through LLPS involve many biological processes. To reveal the physiological roles of LLPS in Plasmodium falciparum, we are investigating the functions of LLPS-related proteins using microscopic analysis and gene modification techniques of the parasites.5. マラリア原虫ガメトサイト期におけるタンパク質輸送メカニズムの解析
熱帯熱マラリア原虫は、ヒト赤血球の中でガメトサイトと呼ばれるステージへと分化し、蚊への感染能を獲得します（図３）。ガメトサイトへの分化の過程で、マラリア原虫は赤血球の中に、非常にユニークな膜構造を形成しますが、その詳細なメカニズムは分かっていません。本プロジェクトでは、ガメトサイト期において赤血球へと輸送される原虫タンパク質や、その輸送を担うトランスロコン複合体の解析を行っています。
Plasmodium falciparum develops into a sexual stage called gametocytes in the human erythrocytes, thereby becomes infectious to mosquitoes. During the differentiation into the gametocyte stage, the parasites dynamically remodel their membrane system and generate novel organelle-like structures in the erythrocytes. However, the molecular mechanism underlying this membrane remodeling as well as their functions remained to be clarified. In this project, we focus on the gametocyte proteins that are responsible for parasites’ virulence, such as exported proteins and a translocation complex, which are expressed in the gametocyte stage.