Clarification of host adaptation mechanisms by using mutator malaria parasite

• Project/Area Number: 18K07095
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 49040:Parasitology-related
• Research Institution: Juntendo University
• Principal Investigator: 平井 誠 順天堂大学, 医学部, 准教授 (50326849)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2020: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000); Fiscal Year 2019: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2018: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: ネズミマラリア原虫 / ミューテーター / 宿主特異性 / マラリア原虫 / 加速進化 / ミューテーターマラリア

Outline of Annual Research Achievements

ヒトに感染するマラリアは、病原体であるマラリア原虫をハマダラカ属の蚊が媒介することでおこる感染症である。マラリア原虫とハマダラカは進化の過程で寄生体・宿主という関係を構築したが、これを決定している分子基盤はまったく不明である。本研究は、通常の約80倍の進化速度をもつネズミマラリア原虫（ミューテーター）を駆使し、これを非好適宿主蚊（ハマダラカ属以外の蚊）に繰り返し感染させることで、非宿主蚊への感染能を獲得したマラリア原虫変異体を単離する。単離した変異体の全ゲノム変異解析およびトランスクリプトーム解析を行ない、宿主適応度を規定するマラリア原虫側因子を同定する。一方、ミューテーター感染を許容した非好適宿主蚊のトランスクリプトーム解析を行なうことで、非寄生体を許容し得る宿主側因子を同定する。この研究により寄生体・宿主成立の分子基盤を明らかにし、これの破綻を狙った「蚊によるマラリア伝播阻止法の開発」を目指す。
本年度では、非媒介蚊に対して高い寄生能を獲得した変異体原虫の単離を試みるため、オオクロヤブカにミューテーターを単離する実験を行うため、オオクロヤブカ飼育のためのシステム構築を確立した。さらにミューテーターをオオクロヤブカへ取り込ませるための人工膜吸血法の実験系を確立した。また、吸血前後において消化管と唾液腺を単離し、トランスクリプトーム解析を行うための予備実験を行い、これら2つの器官を他の組織が混在することなく単離し、そこからmRNAの単離が可能であることを確認した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

前年度の予備実験完了を踏まえ、非媒介蚊であるオオクロヤブカを用いた本実験を行ったが、感染性が低く、継代感染を行うことが困難である見通しを得たため。

Strategy for Future Research Activity

非媒介蚊を用いた感染実験は一時中断し、媒介蚊を用いた実験にフォーカスする。媒介蚊がマラリア原虫に感染した際の変化を、蚊の消化管と唾液腺にフォーカスしてトランスクリプトーム解析により調査する。一方、原虫側の遺伝子発現変化も同時に調査する。

Research Products

• [Journal Article] Ex vivo susceptibility of Plasmodium falciparum to antimalarial drugs in Northern Uganda (2021)
  • Author(s): Fukuda N, Tachibana S-I、Ikeda M、Sakurai-Yatsushiro M、Balikagala B、Katuro O、Yamauchi M、Emoto S、Hashimoto M、Yatsushiro S、Sekihara Makoto、et al
  • Journal Title: Parasitol Int Volume: 81 Pages: 102277-102277
  • DOI: 10.1016/j.parint.2020.102277
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Postulated Process of Axoneme Organization in the Male Gametogenesis of Malaria Parasite Plasmodium berghei (2020)
  • Author(s): Kubo-Irie Miyoko、Hirai Makoto、Irie Masaru、Mohri Hideo
  • Journal Title: Zoological Science Volume: 38 Issue: 2 Pages: 187-192
  • DOI: 10.2108/zs200064
  • NAID: 210000163224
  • ISSN: 0289-0003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Emergence of artemisinin-resistant Plasmodium falciparum with kelch13 C580Y mutations on the island of New Guinea (2020)
  • Author(s): Miotto Olivo、Sekihara Makoto、Tachibana Shin-Ichiro、Yamauchi Masato et al
  • Journal Title: PLoS Pathog Volume: 16
  • DOI: 10.1371/journal.ppat.1009133
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Recovery and stable persistence of chloroquine sensitivity in Plasmodium falciparum parasites after its discontinued use in Northern Uganda (2020)
  • Author(s): Balikagala Betty、Sakurai-Yatsushiro Miki、Hirai Makoto et al
  • Journal Title: Malar J Volume: 19 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1186/s12936-020-03157-0
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] See-through observation of malaria parasite behaviors in the mosquito vector (2019)
  • Author(s): Mori Toshiyuki、Hirai Makoto、Mita Toshihiro
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 9 Pages: 1768-1768
  • DOI: 10.1038/s41598-019-38529-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Artemisinin-Resistant Plasmodium falciparum with High Survival Rates, Uganda, 2014-2016 (2018)
  • Author(s): Ikeda M, Kaneko M, Tachibana S-I, Balikagala B, Sakurai-Yatsushiro M, Yatsushiro S, Takahashi N, Yamauchi M, Sekihara M, Hashimoto M, Katuro OT, Olia A, Obwoya PS, Auma MA, Anywar DA, Odongo-Aginya EI, Okello-Onen J, Hirai M, Ohashi J, Palacpac NMQ, Kataoka M, Tsuboi T, Kimura E, Horii T, Mita T.
  • Journal Title: Emerging infectious diseases Volume: 24 Pages: 718-26
  • DOI: 10.3201/eid2404.170141
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Lack of significant recovery of chloroquine sensitivity in Plasmodium falciparum parasites following discontinuance of chloroquine use in Papua New Guinea (2018)
  • Author(s): Sekihara M, Tachibana S-I, Yamauchi M, Yatsushiro S, Tiwara S, Fukuda N, Ikeda M, Mori T, Hirai M, Hombhanje F, Mita T
  • Journal Title: Malar J. Volume: 17 Pages: 434-434
  • DOI: 10.1186/s12936-018-2585-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 赤痢アメーバミューテーターを利用したミルテフォシン耐性株の迅速単離と全ゲノ ム解析による耐性遺伝子変異の同定 (2020)
  • Author(s): 中野 由美子、泉山 信司、平井 誠、川野 哲郎
  • Organizer: 日本寄生虫学会
• [Presentation] アルテミシニン耐性マーカーKelch13 ネズミマラリア原虫オルソログの機能解析 (2020)
  • Author(s): 平井 誠、森 稔幸、美田 敏宏
  • Organizer: 日本寄生虫学会
• [Presentation] パプアニューギニアに出現した K13 C580Y 変異熱帯熱マラリア原虫の集団ゲノ ム解析 (2020)
  • Author(s): 美田 敏宏、関原 誠、橘 真一郎、山内 祐人、ロベルト アマト、 ソムヤ メーラ、池田 美恵、森 稔幸、平井 誠、バリー アリサ、 大橋 順、フランシス ホンバンジェ、ミオットー オリボ
  • Organizer: 日本寄生虫学会
• [Presentation] Synthetic biotin ligase enables to label surface invasion factors of cultured human malaria parasite, Plasmodium falciparum (2019)
  • Author(s): Ochiai S, Hirai M, Mita T, MOri T.
  • Organizer: Annual meeting of Americal Society of Tropical Medicine and Hygiene
  • Int'l Joint Research