バリアント表面糖タンパク質

感染中のVSGの多様性の原因は、T. bruceiゲノムに存在するVSG遺伝子の大きな「アーカイブ」である。これらの遺伝子の中には、全長で完全な遺伝子もあれば、偽遺伝子（通常はフレームシフト変異、早期終止コドン、または断片化を伴う）もある。^{[ 11 ]} 抗原的に異なるVSGの発現は、発現部位スイッチング（どのESが活性化されているかを切り替える）によって、別の全長VSG遺伝子に切り替えるだけで起こり得る。さらに、複数のサイレントVSG遺伝子のセグメントを組み合わせることで、キメラまたは「モザイク」VSG遺伝子が生成されることもある。モザイクVSGの形成により、（部分的な）偽遺伝子VSGの発現が可能になり、これはVSGアーカイブの大部分を構成し、抗原変異に直接寄与し、トリパノソーマの免疫回避能力を大幅に高め、ワクチン開発における大きな問題となる。^{[ 12 ]}

VSG遺伝子は、いつでもサイレンシングされたり、オンになったりすることができます。発現しているVSGは常に発現部位（ES）に位置しており、 ESは大型および中型染色体のテロメアにある特殊な発現部位です。各ESはポリシストロン単位であり、活性型VSGとともに発現する多数の発現部位関連遺伝子（ESAG）を含んでいます。複数のESが存在しますが、一度に活性化するのは1つだけです。このプロセスには多くのメカニズムが関与しているようですが、サイレンシングの正確な性質はまだ不明です。^{[ 13 ]}

発現する VSG は、別の発現部位を活性化することによって (したがって、その部位でVSG を発現するように変更することによって)、または活性部位のVSG遺伝子を別のバリアントに変更することによって切り替えることができます。ゲノムには、ミニ染色体上と染色体内部の反復セクションの両方に、VSG 遺伝子のコピーが多数含まれています。これらは通常、欠落セクションまたは早期終止コドンを持つサイレントですが、新しい VSG 遺伝子の進化において重要です。T.brucei ゲノムの最大 10% がVSG 遺伝子または偽遺伝子で構成されている可能性があると推定されています。これらの遺伝子のいずれも、組換えによって活性部位に移動して発現することができます。繰り返しますが、これを制御する正確なメカニズムは不明ですが、このプロセスはDNA 修復機構と相同組換えのプロセスに依存しているようです。^{[ 14 ]}

血流発現部位（BES）、またはテロメア発現部位は、宿主の血流中にバリアント表面糖タンパク質を交換して補体系から逃れるために使用されます。BESはサイズと構造において多型性を示しますが、広範な組換えの文脈では驚くほど保存された構造を示します。非常に小さなBESも存在し、多くの機能的なBESは発現部位関連遺伝子（ESAG）の完全なセットを含んでいません。^{[ 15 ]}推定20～30個の部位があり、それぞれが一度に活性化しています。^{[ 16 ]}活性なVSG発現部位はヌクレオソームが枯渇しています。^{[ 17 ]}

T. bruceiの遺伝子レパートリーは、株特異的になるように分岐した。^{[ 18 ]}

T. bruceiのバリアント表面糖タンパク質遺伝子は、発現時に遺伝子の重複が観察されるかどうかに応じて 2 つのグループに分類されています。^{[ 19 ]}

トリパノソーマは、単一のER、リソソーム、およびゴルジ装置からなる単純な極性膜輸送システムを持っている。

VSGはまずポリシストロンとして転写され、その後、ポリピリミジン配列によって制御されるトリパノソーマ特異的なポリアデニル化とトランススプライシングを受ける。転写制御がないため、VSGの3'UTRはRNAの安定性に重要である（特に8merと14mer）。VSGは膜結合ポリソーム上で転写され、N末端シグナル配列の出現によりVSGはERへと誘導される。VSGは翻訳と同時にER内腔へと輸送され、迅速にN-グリコシル化（asn-x-ser/thr部位）され、トランスアミノ化反応（C末端の疎水性17または23アミノ酸のGPIアンカー配列の除去）によってω部位にGPIアンカーされる。ω部位は常にSer（通常17アミノ酸のシグナル配列ペプチド）、Asp（通常23アミノ酸のシグナル配列ペプチド）、またはAsnである。また、VSGあたりのN-グリコシル化部位の数は変動する可能性がある（通常1～3個のN-グリカン）。VSG MITat.1.5は、3つの潜在的なN-グリコシル化部位すべてでグリコシル化されている。^{[ 20 ]}

VSGはその後、カルレティキュリン／カルネキシンによる折り畳みサイクル（トリパノソーマ・ブルセイにはカルネキシンが存在しない）を経て、一時的にモノグルコシル化および脱グルコシル化され、BiPなどの様々なERシャペロンタンパク質と相互作用して正しく折り畳まれる。VSGは効率的に折り畳まれ、二量体化する（これは本質的に折り畳みが有利であることを示唆している）とともに、ゴルジ体を通って鞭毛ポケットへと輸送され、細胞膜に組み込まれる。

重要なことに、VSGは細胞膜に組み込まれた後、鞭毛ポケットを通ってリサイクルされ、細胞表面に再び選別される可能性があります。VSGはリソソームまたはプロテアソームの標準的な分解経路によって分解されず、^{[ 21 ]}代わりにGPI特異的PLCによるGPIアンカーの特異的な切断によって細胞から失われます。

VSG遺伝子は配列（一次）レベルでは非常に多様ですが、2つの決定された3次元構造^{[ 22 ]}と2次元配列モチーフ（二量体化界面を構成する下降および上昇αヘリックス）の保存に基づき、バリアントは構造（三次）特徴が強く保存されていると考えられており、同様の遮蔽機能を果たすことができます^{[ 23 ]。VSG} は、配列相同性が低い（13～30%の同一性）約300～350アミノ酸のN末端ドメインと、より保存された約100アミノ酸のC末端ドメインで構成されています。N末端ドメインは、システインパターンに応じてクラスACに分類されます。C末端ドメインは、配列相同性によってクラスI～IIIに分類され、完全なVSGを形成するためにどのN末端クラスとペアになるかについては、明らかに制限はありません。二量体化するために、VSGのN末端ドメインは疎水性相互作用によって方向付けられた4つのαヘリックスの束を形成し、その周囲にさらに小さな構造要素（5つの小さなヘリックスと3つのβシート）がぶら下がっている。

VSGは、グリコホスファチジルイノシトール（GPI）アンカーを介して細胞膜に固定されています。GPIアンカーはC末端からの非共有結合であり、ERから膜への輸送を誘導します。このGPIアンカーは、GPIホスホリパーゼCによって特異的に切断され、膜結合型VSGが切断されます。これにより、VSGタンパク質とGPIアンカーの一部が可溶性VSG（sVSG、クロス反応性決定因子（CRD）として認識される）として細胞外環境に放出されますが、2つの1,2-ジミリストールグリセロール鎖は膜内に保持されます。

VSGは免疫原性が非常に高く、特定のVSGコートに対する免疫応答は、この変異体を発現するトリパノソーマを急速に殺します。抗体を介したトリパノソーマ殺傷は、補体介在溶解アッセイによってin vitroでも観察できます。しかし、細胞分裂のたびに、子孫の一方または両方が発現を切り替えて、発現するVSGが変わる可能性があります。VSG切り替えの頻度は、分裂あたり約0.1%と測定されていますが^{[ 24 ]} 、切り替え率は培養とin vivoで異なります。T . bruceiの個体群は宿主内で10 ¹¹の大きさでピークに達することがあるため^{[ 25 ]、}この切り替えの速さによって寄生虫の個体群は常に多様であることが保証されます。トリパノソーマの個体群によって発現されるコートの範囲が多様であるということは、免疫系が常に一歩遅れていることを意味します。特定のVSGに対する免疫応答が発達するには数日かかるため、個体がさらに切り替えイベントを経る間に個体群が多様化する時間があります。この過程が繰り返されることで、感染したトリパノソーマ集団の絶滅が防がれ、宿主内で寄生虫が慢性的に持続し、感染伝播の機会が増加します。このサイクルの臨床的効果は、寄生虫血症（血液中のトリパノソーマ）の連続的な「波」です。^{[ 3 ]}