《Insect Biochemistry and Molecular Biology》：Histone acetyltransferases and N-terminal acetyltransferases Orchestrate development and metamorphosis in the yellow fever mosquito, Aedes aegypti
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沙拉特·钱德拉·加德拉帕蒂（Sharath Chandra Gaddelapati）| 苏巴·雷迪·帕利（Subba Reddy Palli）美国肯塔基大学农业、食品与环境学院昆虫学系，列克星敦，肯塔基州40546摘要蚊子，尤其是Aedes aegypti，会传播登革热、寨卡病毒
沙拉特·钱德拉·加德拉帕蒂（Sharath Chandra Gaddelapati）| 苏巴·雷迪·帕利（Subba Reddy Palli）
美国肯塔基大学农业、食品与环境学院昆虫学系，列克星敦，肯塔基州40546
摘要
蚊子，尤其是Aedes aegypti，会传播登革热、寨卡病毒和基孔肯雅热等主要人类疾病。表观遗传调控，包括组蛋白乙酰化，在控制Ae. aegypti的发育过程中起着关键作用。然而，组蛋白乙酰转移酶（HATs）和N端乙酰转移酶（NATs）在蚊子发育中的具体作用仍不甚明了。在本研究中，我们通过用双链RNA（dsRNA）纳米制剂喂食Ae. aegypti幼虫来敲低25个HAT/NAT基因的功能。基因表达分析证实，经过dsRNA处理的幼虫中目标基因的表达减少了50%以上。敲低其中18个HAT/NAT基因导致死亡率超过50%。沉默KAT7、NATSCAN、NAT9、ATAT1和TADA3会导致幼虫死亡，而敲低NAA80、NAA-Eco、GNPNAT1、HAT-B和MCM3AP则会导致蛹死亡。敲低NATSCAN、NF、TFIID、GNPNAT1和NAA16会导致蜕皮和变态缺陷，表现为角质层未硬化以及无法完成成功的幼虫-蛹变态过程。对HATs和NATs保守结构域的系统发育分析显示，进化上保守的成员聚集在与幼虫或蛹特异性功能相关的不同支系中。发育表达分析表明这些基因具有阶段特异性表达。阶段特异性表达分析显示KAT7、RNACAT、NAT9和NF的动态表达模式与幼虫生长和蛹变态有关。用20-羟基蜕皮酮（20E）或蜕皮酮激动剂处理后，NAA30、NAA40、NAT9和GNAT8的mRNA水平升高，表明组蛋白乙酰化受激素调控。蜕皮酮诱导的HATs/NATs调节了初级蜕皮反应基因E75A和E93的表达。这些结果表明HATs/NATs在Ae. aegypti的发育中起着关键作用，因此可能成为控制蚊子的潜在靶点。
引言
黄热病蚊子Aedes aegypti是许多引起登革热、寨卡病毒、基孔肯雅热和黄热病的虫媒病毒的主要传播媒介（Powell, 2018）。Aedes aegypti原产于非洲，但现在已扩散到包括美洲在内的多个大陆。它在热带和亚热带地区以及城市环境中繁衍生息。它的叮咬活动全天候发生，而且对多种杀虫剂的抗性迅速发展，给媒介控制工作带来了重大挑战。因此，了解其生物学特性和发育过程对于减少由Ae. aegypti传播的疾病带来的公共卫生风险至关重要。
昆虫，包括Ae. aegypti，会经历复杂的胚胎后发育过程，如蜕皮、变态和组织分化，这些过程由特定的基因表达模式和蛋白质-蛋白质相互作用精确调控，主要由蜕皮酮和幼虫激素控制（Jindra et al., 2013; Yamanaka et al., 2013; Palli, 2016）。蜕皮酮是一种类固醇激素，它与EcR/USP受体复合物结合，触发引发蜕皮、变态、组织重塑和繁殖的基因表达级联反应。相反，幼虫激素（JH）与Met/Gce受体结合，激活在维持幼虫特征、防止过早变态以及影响繁殖、滞育和行为方面起关键作用的基因表达级联反应。最近的证据表明，乙酰化在调节参与昆虫生长、分化和变态的JH和蜕皮酮信号通路中起着关键作用（Yan et al., 2020; Gaddelapati et al., 2024, 2022; George et al., 2019; Roy et al., 2017）。目前，关于乙酰化对非模式昆虫（包括蚊子）发育和变态调控的影响仍有限。
乙酰化是一种关键的表观遗传和翻译后修饰，影响基因表达、蛋白质功能、稳定性和相互作用。这一过程由两类乙酰转移酶介导：组蛋白乙酰转移酶（HATs）和N端乙酰转移酶（NATs）。尽管它们的功能不同，但两者都在细胞、代谢和发育过程中发挥着关键作用。HATs主要在组蛋白上的赖氨酸（K）残基上进行乙酰化，导致染色质松弛和转录活性增加，使它们成为重要的表观遗传调节因子（Marmorstein and Zhou, 2014）。相比之下，NATs在翻译过程中或翻译后对蛋白质的N端氨基酸进行乙酰化，影响蛋白质稳定性、亚细胞定位和蛋白质-蛋白质相互作用（Demetriadou et al., 2020）。HATs和NATs的功能重要性已在哺乳动物和酵母中得到广泛研究，但对模式昆虫如果蝇Drosophila melanogaster和红粉甲虫Tribolium castaneum的研究较少，因此它们在非模式昆虫中的作用尚不清楚（Boros, 2012; Khan and Khan, 2010; Kurdistani and Grunstein, 2003; Palli, 2021）。此外，HAT介导的组蛋白乙酰化和NAT介导的蛋白质修饰在调节蚊子发育过程中的具体作用仍不甚明了。
在本研究中，我们使用纳米颗粒递送的相应双链RNA（dsRNA）通过RNA干扰（RNAi）介导的基因沉默技术，研究了HATs和NATs在蚊子蜕皮和变态中的作用。我们探讨了敲低不同HATs和NATs对Ae. aegypti幼虫和蛹的存活及变态的影响。此外，我们还发现蜕皮酮可以调节HATs和NATs的表达，进而调节参与蜕皮酮信号传导的下游靶点，从而影响蚊子的幼虫和蛹的发育、蜕皮和变态。
节选内容
Ae. aegypti的饲养和幼虫生物测定
Ae. aegypti的利物浦品系按照之前的方法进行饲养（Gaddelapati et al., 2020）。为了敲低各种HAT和NAT编码基因，我们首先使用在线脱靶搜索工具dsCheck（Naito et al., 2005）设计了dsRNA片段。为了验证dsRNA序列对其他HAT和NAT编码序列的特异性，我们对Ae. aegypti中的全长基因序列进行了计算机模拟多序列比对
HATs和NATs对蜕皮和变态是必需的
为了研究各种HATs和NATs在蚊子蜕皮和变态中的作用，我们使用了25个先前鉴定出的HATs/NATs编码基因（补充表1）。我们通过给Ae. aegypti幼虫喂食含有PLL:EGCG:dsRNA纳米制剂的饲料来分别敲低这些基因。我们确认在dsRNA处理中，所测试的HATs/NATs的敲低水平为55-90%（补充图1）。为了阐明所选dsRNA序列的特异性，我们进行了计算机模拟
CRediT作者贡献声明
沙拉特·钱德拉·加德拉帕蒂（Sharath Chandra Gaddelapati）：撰写——原始草稿、方法学、数据分析、概念构思。苏巴·雷迪·帕利（Subba Reddy Palli）：撰写——审稿与编辑、监督、项目管理、资金获取、概念构思
致谢
美国国立卫生研究院下属的国家普通医学科学研究所（根据奖项Number R01GM070559）以及美国 农业部（通过HATCH项目2353057000）的支持。内容仅代表作者的观点，不一定代表美国国立卫生研究院或美国农业部的官方立场。
