Austritt von Plasmodium Gameten aus roten Blutzellen

• Antragsteller: Professor Dr. Friedrich Frischknecht
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446325486

Malaria verursachende Parasiten werden in Form von Plasmodium-Gametozyten auf Stechmücken übertragen. In der Mücke verlassen diese Geschlechtszellen die infizierten roten Blutkörperchen und differenzieren sich rasch zu Gameten, die zu einer Zygote verschmelzen. Besonders auffällig ist die Differenzierung des männlichen Gametozyten in acht Gameten, die sehr einfache Samenzellen darstellen. Diese enthalten nur ein Axonem und einen von einer Plasmamembran umgebenen Zellkern. Die Bildung der männlichen Geschlechtszellen und ihr Austritt sind eng miteinander gekoppelt, aber nicht gut verstanden. In diesem Projekt wollen wir die molekularen Mechanismen dieses gekoppelten Prozesses durch genetische Veränderungen, biochemische Experimente und 3D-Elektronentomographie aufklären. Nach der intrazellulären Genomvermehrung müssen die Geschlechtszellen einen Teil des Kerns mit einem Chromosomensatz herausziehen, ein Prozess, der fehleranfällig zu sein scheint, da nur etwa 50 % der männlichen Geschlechtszellen einen Kern enthalten. Die Kernaufnahme der sich bildenden Gameten wird wahrscheinlich durch ein zweiteiliges Mikrotubuli-Organisationszentrum (MTOC) erleichtert, welches das zytoplasmatische Axonem mit der Kernspindelbildung verbindet. In Analogie zur Bildung von Tochterzellen bei Toxoplasma gondii und zur Bildung von Sporozoiten bei Plasmodium in den Oozysten stellen wir die Hypothese auf, dass die ‚rootlet fiber‘ eine Verbindung zwischen den beiden MTOCs darstellt. Für den Austritt müssen die den Parasiten umgebenden Membranen, die parasitophore Vakuole und die Plasmamembran der Erythrozyten, lysiert werden. Es wurden mehrere Proteine identifiziert, die für die Gametenbildung und die Membranzerstörung von wesentlicher Bedeutung sind. Dennoch haben wir bisher nur ein begrenztes mechanistisches Verständnis der Funktion dieser Proteine, da nur wenige Protein-Protein-Wechselwirkungen bekannt sind. Wir haben bereits gezeigt, dass ein Adhäsionsprotein namens MTRAP für den Austritt der Gameten aus den roten Blutkörperchen des Nagetier-Parasiten Plasmodium berghei wichtig ist. Um die Funktion von MTRAP besser zu verstehen, werden wir zwei Hauptansätze verfolgen: Für funktionelle Studien von MTRAP werden wir wichtige strukturelle Domänen von MTRAP genetisch ausschalten und Interaktionspartner mit Hilfe von MTRAP-Fusionen mit biotinylierenden Enzymen untersuchen. Wir haben in der ersten Förderperiode transgene Parasitenlinien für beide Ansätze generiert und wollen diese Linien nun analysieren. Schließlich werden wir die Funktion der ‚striated fiber assembline‘, den wahrscheinlichen Bausteinen der ‚rootlet fiber‘, mit Gendeletionen und 3D-Elektronentomographie untersuchen, um diese gekoppelten Ereignisse des Gametenaustritts zu erhellen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2225: Wirtszellaustritt intrazellulärer Pathogene