Published July 19, 2019
| Version v1
Publication
Lacking catalase, a protistan parasite draws on its photosynthetic ancestry to complete an antioxidant repertoire with ascorbate peroxidase
Creators
- 1. University of Maryland, Baltimore
- 2. Fundación Ciencias Exactas y Naturales
- 3. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 4. University of Buenos Aires
- 5. University of Maryland Center for Environmental Science
- 6. Johns Hopkins University
Description
Antioxidative enzymes contribute to a parasite's ability to counteract the host's intracellular killing mechanisms. The facultative intracellular oyster parasite, Perkinsus marinus, a sister taxon to dinoflagellates and apicomplexans, is responsible for mortalities of oysters along the Atlantic coast of North America. Parasite trophozoites enter molluscan hemocytes by subverting the phagocytic response while inhibiting the typical respiratory burst. Because P. marinus lacks catalase, the mechanism(s) by which the parasite evade the toxic effects of hydrogen peroxide had remained unclear. We previously found that P. marinus displays an ascorbate-dependent peroxidase (APX) activity typical of photosynthetic eukaryotes. Like other alveolates, the evolutionary history of P. marinus includes multiple endosymbiotic events. The discovery of APX in P. marinus raised the questions: From which ancestral lineage is this APX derived, and what role does it play in the parasite's life history? Purification of P. marinus cytosolic APX activity identified a 32 kDa protein. Amplification of parasite cDNA with oligonucleotides corresponding to peptides of the purified protein revealed two putative APX-encoding genes, designated PmAPX1 and PmAPX2. The predicted proteins are 93% identical, and PmAPX2 carries a 30 amino acid N-terminal extension relative to PmAPX1. The P. marinus APX proteins are similar to predicted APX proteins of dinoflagellates, and they more closely resemble chloroplastic than cytosolic APX enzymes of plants. Immunofluorescence for PmAPX1 and PmAPX2 shows that PmAPX1 is cytoplasmic, while PmAPX2 is localized to the periphery of the central vacuole. Three-dimensional modeling of the predicted proteins shows pronounced differences in surface charge of PmAPX1 and PmAPX2 in the vicinity of the aperture that provides access to the heme and active site. PmAPX1 and PmAPX2 phylogenetic analysis suggests that they are derived from a plant ancestor. Plant ancestry is further supported by the presence of ascorbate synthesis genes in the P. marinus genome that are similar to those in plants. The localizations and 3D structures of the two APX isoforms suggest that APX fulfills multiple functions in P. marinus within two compartments. The possible role of APX in free-living and parasitic stages of the life history of P. marinus is discussed.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تساهم الإنزيمات المضادة للأكسدة في قدرة الطفيلي على مواجهة آليات القتل داخل الخلايا للمضيف. طفيلي المحار الاختياري داخل الخلايا، بيركينسوس مارينوس، وهو صنف شقيق للسوطيات الثنائية والقمة، مسؤول عن نفوق المحار على طول الساحل الأطلسي لأمريكا الشمالية. تدخل المغذيات الطفيلية إلى الخلايا الدموية الرخوية عن طريق تقويض الاستجابة البلعمية مع تثبيط انفجار الجهاز التنفسي النموذجي. نظرًا لأن P. marinus يفتقر إلى الكاتالاز، فإن الآلية(الآليات) التي يتجنب بها الطفيل الآثار السامة لبيروكسيد الهيدروجين ظلت غير واضحة. وجدنا سابقًا أن P. marinus يعرض نشاط بيروكسيديز معتمد على الأسكوربات (APX) نموذجي لحقيقيات النوى الضوئية. مثل السنخيات الأخرى، يتضمن التاريخ التطوري لـ P. marinus أحداثًا تكافلية داخلية متعددة. أثار اكتشاف APX في P. marinus الأسئلة: من أي سلالة أسلاف مستمدة من APX، وما الدور الذي تلعبه في تاريخ حياة الطفيلي ؟ حدد تنقية نشاط P. marinus cytosolic APX بروتين 32 kDa. كشف تضخيم الطفيلي cDNA مع الأوليجو نوكليوتيدات المقابلة لببتيدات البروتين المنقى عن اثنين من الجينات المشفرة APX المفترضة، المعينة PmAPX1 و PmAPX2. البروتينات المتوقعة متطابقة بنسبة 93 ٪، ويحمل PmAPX2 امتدادًا طرفيًا N من الأحماض الأمينية بالنسبة إلى PmAPX1. تتشابه بروتينات P. marinus APX مع بروتينات APX المتوقعة للسوطيات الثنائية، وهي تشبه إلى حد كبير البلاستيك الأخضر من إنزيمات APX الخلوية للنباتات. يُظهر التألق المناعي لـ PmAPX1 و PmAPX2 أن PmAPX1 سيتوبلازمي، بينما يتوضع PmAPX2 في محيط الفجوة المركزية. تُظهر النمذجة ثلاثية الأبعاد للبروتينات المتوقعة اختلافات واضحة في الشحنة السطحية لـ PmAPX1 و PmAPX2 في محيط الفتحة التي توفر الوصول إلى الهيم والموقع النشط. يشير التحليل الوراثي للسلالة PmAPX1 و PmAPX2 إلى أنهما مشتقان من سلف نباتي. يتم دعم أسلاف النباتات بشكل أكبر من خلال وجود جينات تخليق الأسكوربات في جينوم P. marinus التي تشبه تلك الموجودة في النباتات. تشير التوطين والهياكل ثلاثية الأبعاد لنموذجي APX إلى أن APX يؤدي وظائف متعددة في P. marinus داخل حجرتين. تمت مناقشة الدور المحتمل لـ APX في مراحل العيش الحر والطفيلية من تاريخ حياة P. marinus.Translated Description (French)
Les enzymes antioxydantes contribuent à la capacité d'un parasite à contrer les mécanismes de destruction intracellulaire de l'hôte. Le parasite intracellulaire facultatif des huîtres, Perkinsus marinus, un taxon jumeau des dinoflagellés et des apicomplexes, est responsable de la mortalité des huîtres le long de la côte atlantique de l'Amérique du Nord. Les trophozoïtes parasites pénètrent dans les hémocytes mollusques en subvertissant la réponse phagocytaire tout en inhibant l'éclatement respiratoire typique. Comme P. marinus n'a pas de catalase, le ou les mécanismes par lesquels le parasite échappe aux effets toxiques du peroxyde d'hydrogène sont restés incertains. Nous avons précédemment constaté que P. marinus présente une activité de peroxydase dépendante de l'ascorbate (APX) typique des eucaryotes photosynthétiques. Comme d'autres alvéolés, l'histoire évolutive de P. marinus comprend de multiples événements endosymbiotiques. La découverte de l'APX chez P. marinus a soulevé les questions suivantes : de quelle lignée ancestrale provient cette APX et quel rôle joue-t-elle dans le cycle vital du parasite ? La purification de l'activité APX cytosolique de P. marinus a permis d'identifier une protéine de 32 kDa. L'amplification de l'ADNc du parasite avec des oligonucléotides correspondant à des peptides de la protéine purifiée a révélé deux gènes putatifs codant pour l'APX, désignés PmAPX1 et PmAPX2. Les protéines prédites sont identiques à 93 % et PmAPX2 porte une extension N-terminale de 30 acides aminés par rapport à PmAPX1. Les protéines APX de P. marinus sont similaires aux protéines APX prédites des dinoflagellés, et elles ressemblent davantage aux enzymes APX chloroplastiques qu'aux enzymes APX cytosoliques des plantes. L'immunofluorescence pour PmAPX1 et PmAPX2 montre que PmAPX1 est cytoplasmique, tandis que PmAPX2 est localisé à la périphérie de la vacuole centrale. La modélisation tridimensionnelle des protéines prédites montre des différences prononcées dans la charge de surface de PmAPX1 et PmAPX2 à proximité de l'ouverture qui donne accès à l'hème et au site actif. L'analyse phylogénétique de PmAPX1 et PmAPX2 suggère qu'ils sont dérivés d'un ancêtre végétal. L'ascendance des plantes est également soutenue par la présence de gènes de synthèse de l'ascorbate dans le génome de P. marinus qui sont similaires à ceux des plantes. Les localisations et les structures 3D des deux isoformes APX suggèrent que l'APX remplit de multiples fonctions chez P. marinus dans deux compartiments. Le rôle possible de l'APX dans les stades de vie libre et parasitaire du cycle biologique de P. marinus est discuté.Translated Description (Spanish)
Las enzimas antioxidantes contribuyen a la capacidad de un parásito para contrarrestar los mecanismos de destrucción intracelular del huésped. El parásito intracelular facultativo de las ostras, Perkinsus marinus, un taxón hermano de los dinoflagelados y apicomplejos, es responsable de la mortalidad de las ostras a lo largo de la costa atlántica de América del Norte. Los trofozoítos parásitos entran en los hemocitos de los moluscos subvirtiendo la respuesta fagocítica e inhibiendo el estallido respiratorio típico. Debido a que P. marinus carece de catalasa, los mecanismos por los cuales el parásito evade los efectos tóxicos del peróxido de hidrógeno no estaban claros. Previamente encontramos que P. marinus muestra una actividad de peroxidasa dependiente de ascorbato (APX) típica de los eucariotas fotosintéticos. Al igual que otros alveolados, la historia evolutiva de P. marinus incluye múltiples eventos endosimbióticos. El descubrimiento de APX en P. marinus planteó las preguntas: ¿De qué linaje ancestral se deriva este APX y qué papel juega en la historia de vida del parásito? La purificación de la actividad de APX citosólica de P. marinus identificó una proteína de 32 kDa. La amplificación del ADNc del parásito con oligonucleótidos correspondientes a péptidos de la proteína purificada reveló dos supuestos genes que codifican APX, denominados PmAPX1 y PmAPX2. Las proteínas predichas son 93% idénticas, y PmAPX2 porta una extensión N-terminal de 30 aminoácidos con respecto a PmAPX1. Las proteínas APX de P. marinus son similares a las proteínas APX predichas de los dinoflagelados, y se parecen más a las enzimas APX cloroplásticas que a las citosólicas de las plantas. La inmunofluorescencia para PmAPX1 y PmAPX2 muestra que PmAPX1 es citoplasmático, mientras que PmAPX2 se localiza en la periferia de la vacuola central. El modelado tridimensional de las proteínas predichas muestra diferencias pronunciadas en la carga superficial de PmAPX1 y PmAPX2 en las proximidades de la abertura que proporciona acceso al hemo y al sitio activo. El análisis filogenético de PmAPX1 y PmAPX2 sugiere que se derivan de un ancestro vegetal. La ascendencia vegetal está respaldada además por la presencia de genes de síntesis de ascorbato en el genoma de P. marinus que son similares a los de las plantas. Las localizaciones y estructuras 3D de las dos isoformas de APX sugieren que APX cumple múltiples funciones en P. marinus dentro de dos compartimentos. Se discute el posible papel de APX en las etapas de vida libre y parasitaria de la historia de vida de P. marinus.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- يفتقر طفيلي البروتيستان إلى الكاتالاز، ويعتمد على أصله الضوئي لإكمال ذخيرة مضادة للأكسدة مع بيروكسيداز الأسكوربات
- Translated title (French)
- Manquant de catalase, un parasite protistan puise dans son ascendance photosynthétique pour compléter un répertoire antioxydant avec de l'ascorbate peroxydase
- Translated title (Spanish)
- Al carecer de catalasa, un parásito protistano recurre a su ascendencia fotosintética para completar un repertorio antioxidante con ascorbato peroxidasa
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2964307451
- DOI
- 10.1186/s12862-019-1465-5
References
- https://openalex.org/W1503466990
- https://openalex.org/W1515316893
- https://openalex.org/W1521506794
- https://openalex.org/W1866116049
- https://openalex.org/W1872812400
- https://openalex.org/W1879184430
- https://openalex.org/W1964430082
- https://openalex.org/W1976415993
- https://openalex.org/W1981150308
- https://openalex.org/W1981592592
- https://openalex.org/W1983511317
- https://openalex.org/W1986666055
- https://openalex.org/W1989300442
- https://openalex.org/W1989596454
- https://openalex.org/W1995002017
- https://openalex.org/W1998121672
- https://openalex.org/W2000797060
- https://openalex.org/W2005630897
- https://openalex.org/W2006249212
- https://openalex.org/W2007416146
- https://openalex.org/W2013616459
- https://openalex.org/W2013671793
- https://openalex.org/W2015642465
- https://openalex.org/W2018421432
- https://openalex.org/W2019851585
- https://openalex.org/W2020466567
- https://openalex.org/W2025277062
- https://openalex.org/W2027861296
- https://openalex.org/W2029144058
- https://openalex.org/W2032110148
- https://openalex.org/W2032202498
- https://openalex.org/W2036276495
- https://openalex.org/W2037995844
- https://openalex.org/W2043166468
- https://openalex.org/W2054066451
- https://openalex.org/W2065380583
- https://openalex.org/W2067465914
- https://openalex.org/W2075726306
- https://openalex.org/W2076593566
- https://openalex.org/W2088346031
- https://openalex.org/W2090632234
- https://openalex.org/W2098859840
- https://openalex.org/W2099636263
- https://openalex.org/W2109261582
- https://openalex.org/W2110641834
- https://openalex.org/W2118700425
- https://openalex.org/W2120262061
- https://openalex.org/W2127230684
- https://openalex.org/W2131725930
- https://openalex.org/W2132926880
- https://openalex.org/W2136835788
- https://openalex.org/W2141437137
- https://openalex.org/W2148951508
- https://openalex.org/W2153588914
- https://openalex.org/W2154714625
- https://openalex.org/W2160455928
- https://openalex.org/W2165824572
- https://openalex.org/W2168696662
- https://openalex.org/W2222825628
- https://openalex.org/W2291482246
- https://openalex.org/W2338706255
- https://openalex.org/W2461024725
- https://openalex.org/W2466299960
- https://openalex.org/W2735576355