Apicomplexa

1 Introduction

アピコンプレクサ門は、動物に義務的に寄生する単細胞真核生物のグループである。 これらの原生生物は、多毛類 (Rueckert et al., 2010) 、sipunculids (Leander, 2006) 、頭足類 (Kopečná et al., 2006) 、あるいは様々な昆虫 (Hecker et al., 2002) などの無脊椎動物から爬虫類、両生類、ヒト (Duszynski et al., 1999; Smith, 1996) など哺乳類まで、後生動物に感染している。 また、Apicomplexaには、ヒトの最も破壊的な寄生虫疾患であるマラリアの原因菌であるPlasmodiumや、ヒトに最も多く寄生し、その行動に影響を及ぼすとされるコクシジウムToxoplasma gondiiも含まれている（Flegr、2007年）。 真核生物の中でも最も種数が多く、100万種以上と推定されている（Pawlowski et al.、2012）ため、当然のことながら、アピコンプレックスには野生動物や家畜の寄生虫が多く含まれています（Chartier and Paraud、2012）。 アピコンプレキサンの寄生虫は、分類学上、原生生物群の一つである歯槽類に属し、細胞表面に多数の繊毛を持ち、マクロ核とマイクロ核という独自の遺伝システムを持つ通常自由生活型の従属栄養原生生物の繊毛虫（Ciliophora）や、水圏環境で高い生態的重要性を持つ、様々な複合プラスチドを持つ藻類の光栄養渦鞭毛虫（Dinophyt）なども含まれる（Adl et al, 2012）。

ほとんどのアピコンプレックスは、特に頂膜複合体とアピコプラストという一連の特徴的な構造を持つことが知られています。 アピカルコンプレックスは、コノイドリンク、ロプトリー、マイクロネムからなる高度な装置で、宿主細胞に侵入するために使用される一方、アピコプラストは、推定光合成オルガネラから派生した非光合成の二次プラスティドである。 このアピコプラストは4つの膜に囲まれており、二次あるいは三次エンドシンバイオティクスによる複雑な起源を反映している（Foth and McFadden, 2003; Lim and McFadden, 2010; Oborník et al.） そのゲノムは35kb長のDNAサークルに高度に縮小されており（Gardner et al., 1991; Kilejian, 1975）、光合成に関わる遺伝子の痕跡は全くない。 アピコプラストゲノムの構造、遺伝子量、遺伝子シンテニーはアピコンプレクサン間でかなり保存されており、この元光合成オルガネラの起源が単一であることを裏付けている（Denny et al.） しかし、すべてのアピコンプレキサンがプラスティドを持っているわけではない。 ヒトを含む脊椎動物の腸に寄生するクリプトスポリジウム属は、アピコプラストを持たないことが証明されている（Abrahamsenら, 2004; Xuら, 2004; Zhuら, 2000a）。 さらに，無脊椎動物を宿主とする巨大な細胞を持つ初期分岐型アピコンプレキサンのユーグレナでも，このオルガネラを検出する試みはすべて失敗している（Toso and Omoto, 2007）。 分子系統学（Carreno et al., 1999; Zhu et al., 2000b）といくつかの形態学的類型（Valigurová et al., 2007）によると、上記の両グループは近縁であるようだ。 これらのアピコンプレキサンは，プラスティドが定着し，寄生虫の生存に不可欠となる前に，獲得後まもなく失われたと推測される (Oborník et al., 2009)。

それでも，アピコプラストは，コクシジウム，ピロプラズマ，ヘモスポリジアなど，最も種の豊富で広範囲なアピコンプレキサン寄生体のグループで見つかっている (Lim and McFadden, 2010; Oborník et al., 2009)． 最もよく研究されているPlasmodium falciparumでは、この残存プラスティドが細胞にとって必須であることが示され、その破壊はいわゆる遅延死効果につながる（Ficheraら、1995；Heら、2001；Pfefferkornら、1992；Ramyaら、2007）。 したがって、アピコプラストは、これらの病原体のアキレス腱とさえ呼ばれる新しい有望な標的である (Jomaa et al., 1999; McFadden and Roos, 1999; Soldati, 1999; Wiesner and Jomaa, 2007; Wiesner et al., 2008)。 このオルガネラの発見により、これらの従属栄養寄生虫は光栄養生物の祖先、特に複雑なプラスティドを宿す藻類から進化したという画期的な提案がなされた（McFadden et al.、1996年）。 アピコプラストは明らかにプラスティドの機能を失い、光合成をしなくなったが、ヘム生合成 (Kořený et al., 2011, 2013; van Dooren et al., 2012; Wilson, 2002; Williams and Keeling, 2003) 、脂肪酸合成 (Goodman and McFadden, 2008) または非メバロン酸イソプレノイド合成経路 (Jomaa et al., 1999; Ralph et al., 2004 のレビュー) などの必須代謝パスが依然としてこの器官で起こっているようである。 特に、アルベオラータやストラメノパイルの進化過程で頻繁に起こることが知られているプラスティドの損失には、ヘム（テトラピロール）生合成経路が重要な役割を果たすと提案されている（Barbrook et al.、2006； Kořený et al.、2011、2012； Kořený and Oborník、2011）。 実際、抗マラリア薬の標的を探す際、ヘム経路に大きな注目が集まっている（Seeber and Soldati-Favre、2010；van Dooren et al.、2012）。 しかし、最近、アピコプラストから解放された原虫のエレガントな化学的救済によって、その赤血球（＝血流）段階にとって、アピコプラストが生産する唯一の本当に必須の化合物は、非メバロン酸イソプレノイド経路の産物であるイソペンテニルピロリン酸であることが明らかになりました（Yeh and DeRisi, 2011）。

アピコプラストを取り巻く膜の数のおかげで、それが少なくとも二次的なエンドシンバイオティクスイベントに由来する複雑なプラスティドであることが明らかになった（Köhler et al, 1997; McFadden et al., 1996）。しかし、緑色あるいは赤色プラスチッドの系統の中でどのような起源を持つのか、長い間不明であった。 これまで、二次的な緑色プラスティドを持つ藻類は、光合成を行うEuglenophytaとChlorarachniophytaの2グループしか知られておらず、それぞれ掘削菌と根粒菌に属するものであった。 この2つの原生生物は、比較的最近になってプラスティドを獲得したと考えられている(Archibald, 2012)。 それ以外の藻類では、Stramenopila、Alveolata、Cryptophyta、Haptophytaなどが紅藻類との共生関係によって二次プラスティドを獲得したことが知られている。 しかし、赤色二次プラスチッドを持つ種が多い渦鞭毛藻類の中でも、緑色二次プラスチッドを持つ2種（Lepidodinium viride and L. chlorophorum）が報告されている（滝下ら, 2008; Watanabe et al.、1990）。 色素体が発見されるまでは（Moore et al., 2008）、渦鞭毛藻類はApicomplexaと姉妹関係にあり、これらの義務的寄生虫の最も近い光栄養親類として知られていた（Zhang et al., 2000）。 しかし、アピコプラストは光合成機能を失い、渦鞭毛虫のペリジニン色素プラスティドのゲノムは極めて狭い範囲の光合成遺伝子群に縮小されたため（Barbrook and Howe, 2000; Green, 2004; Zhang et al, 1999）、これらの近縁種のアルベオラートのプラスミドゲノムには事実上重複がなく、それゆえ比較に意味がないのである（Keeling, 2008）。 両グループに共通する唯一の遺伝子はrRNAをコードするものであるが、その極端なATの豊富さと多様性から、信頼できる系統解析は非常に疑わしい（Dacksら、2002; Howe, 1992; Oborníkら、2002; Zhangら、2000）。 その結果、アピコプラスト遺伝子の系統解析は矛盾した結果を導き出すことになった。 tufA遺伝子を用いた解析では，アピコプラストの起源は緑色系統の内部であることが支持されたが（Egea and LangUnnasch, 1995; Köhler et al., 1997），他の著者は緑色系統の外部（Blanchard and Hicks, 1999）や赤色プラスチッドの内部での起源（Williamson et al., 1994）を示唆した． 後者については、アピコプラストゲノムのスーパープラスチドオペロンである遺伝子シンテニーの構造が、緑色ではなく赤色のプラストゲノムに相同であることから、さらに支持されている（Blanchard and Hicks, 1999; McFadden and Waller, 1997; Stoebe and Kowallik, 1999; Zhang et al, 2000）。 にもかかわらず、アピコンプレキサンとマメ科植物の核ゲノムにユニークに分割されたcox2遺伝子が見つかったとき、緑のシナリオが再びゲームに登場した（Funes et al.、2002年）。 しかし、他の研究者は、このような配置はすでに繊毛虫に存在し、進化の過程で何度も進化したことは明らかであるとしている（Waller and Keeling, 2006; Waller et al., 2003）。 アピコプラストの系統が曖昧なのは、進化の早い遺伝子が極めて多様であることを反映している。 実際、P. falciparumのアピコプラスト遺伝子のAT含有率は97%にも達し、このような偏った配列の系統解析は、長枝引力現象（Dacks et al.）を含む様々な系統的人工物によって大きな影響を受けている。 しかし、クロメリダと呼ばれる光合成を行う肺胞動物の新グループの発見は、この点で真のブレークスルーとなりました（Moore et al.、2008；Oborník et al.） これらの藻類は、比較的保存されたプラスティドゲノムを持ち、その遺伝子レパートリーは、アピコンプレックスや渦鞭毛藻のプラスティドのものと重なる。 さらに、クロマープラスチドはアピコプラストに最も近い光栄養生物であることが明確に示された。 さらに核にコードされた遺伝子から得られた証拠の蓄積により、クロメロイドはアピコンプレクサと共通の祖先を持つことが示された（Janouškovec et al.2010; Kořený et al.2011; Moore et al.2008; Oborník et al.2009）