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研究人员发现疟原虫中存在一种非典型Arp2/3复合体，该复合体在雄性配子形成过程中对基因组分离至关重要。通过基因敲除和显微成像技术，研究团队证实该复合体与有丝分裂纺锤体共定位，破坏其功能会导致亚单倍体配子形成并完全阻断疟疾传播。这项研究揭示了疟原虫独特的细胞分裂机制，为开发阻断传播的干预措施提供了新靶点。
疟疾作为一种古老的传染病，每年仍造成数十万人死亡，其病原体疟原虫在蚊媒中的发育过程对疾病传播至关重要。然而，这种单细胞寄生虫在雄性配子形成过程中展现出的独特生物学特性一直令人困惑——它能在15分钟内完成三次核内复制，随后将八套基因组精确分配到八个鞭毛配子中。这种惊人的细胞分裂速度背后隐藏着怎样的分子机制？传统观点认为，疟原虫可能丢失了保守的Arp2/3复合体，这种在真核生物中广泛存在的肌动蛋白成核因子通常参与细胞运动而非染色体分离。
德国海德堡大学和格拉斯哥大学的研究团队在《Nature Microbiology》发表的研究颠覆了这一认知。他们发现疟原虫保留了一种高度特化的Arp2/3复合体变体，这种复合体在雄性配子形成过程中直接参与基因组分离，其功能缺失会导致配子DNA含量异常和传播完全阻断。这一发现不仅揭示了疟原虫独特的细胞分裂机制，也为开发新型传播阻断策略提供了分子靶点。
研究团队运用多种前沿技术展开探索：通过基因编辑构建ARPC1基因敲除和标记的疟原虫株系；采用活细胞成像追踪Arp2/3复合体在配子形成中的动态定位；利用免疫共沉淀结合质谱技术鉴定复合体组分；借助电子显微镜观察突变体核超微结构；通过药物处理分析肌动蛋白聚合的作用。这些方法系统揭示了Arp2/3复合体在疟原虫生命周期中的独特功能。
ARPC1是雄性配子生育力的关键要素
研究人员首先证实ARPC1缺失不影响无性增殖和配子细胞形成，但会完全阻断蚊媒阶段的发育。互补实验验证了表型的特异性。流式细胞术显示ARPC1在雄性配子细胞中表达更高，与雄性特异性表型一致。通过显微观察发现，ARPC1在激活后从核质重定位至纺锤体周围区域，伴随纺锤体动态而变化。
ARPC1确保雄性配子中DNA的正确分离
详细分析显示，ARPC1缺失不影响纺锤体形成或DNA复制，但导致DNA凝聚异常。定量检测发现突变体配子DNA含量仅为野生型的40%，形成亚单倍体配子。有趣的是，这些缺陷配子仍能受精形成动合子，但后续卵囊发育停滞，呈现典型的"延迟死亡"表型。
ARPC1构成非典型Arp2/3复合体的组分
免疫共沉淀质谱分析鉴定出五个与ARPC1相互作用的蛋白，包括两个肌动蛋白样蛋白（Alp5a/b）、两个功能未知蛋白和动粒相关蛋白AKiT7。结构预测显示这些组分分别对应经典Arp2/3复合体的ARPC2和ARPC4亚基。ARPC2-YFP标记株显示相似的时空定位模式，其敲除也导致配子DNA含量减少和卵囊发育缺陷。
疟原虫Arp2/3与F-肌动蛋白共定位且聚合至关重要
活细胞成像显示ARPC1与F-肌动蛋白在核内有丝分裂过程中共定位。细胞松弛素D处理（而非latrunculin B）能模拟ARPC1缺失表型，证实肌动蛋白聚合的功能相关性。AlphaFold3预测的复合体结构与牛Arp2/3分支连接结构高度相似，支持其肌动蛋白成核功能。
疟原虫Arp2/3保障动粒-纺锤体连接
通过标记核心动粒蛋白NDC80，研究发现ARPC1缺失或细胞松弛素D处理会导致动粒与纺锤体部分解离。这表明Arp2/3可能通过稳定动粒-纺锤体连接来确保快速连续核分裂中的染色体准确分离。
这项研究由Franziska Hentzschel等学者完成，揭示了疟原虫中一种进化分歧的Arp2/3复合体，其将保守的肌动蛋白成核功能重新用于雄性配子形成中的基因组分离。不同于经典Arp2/3复合体参与细胞运动，疟原虫Arp2/3直接作用于有丝分裂装置，这一发现拓展了对真核细胞分裂机制多样性的认知。从应用角度看，研究鉴定的Arp2/3复合体组分可作为阻断疟疾传播的新靶点。特别值得注意的是，该系统的破坏导致配子形成缺陷但无性阶段正常，这种"延迟死亡"表型对药物开发极具吸引力——既能阻断传播又不会施加强烈的选择压力。这项研究也为理解其他顶复门寄生虫的细胞分裂机制提供了新视角，暗示Arp2/3功能重塑可能是这类生物的共同特征。
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