Identifizierung und Charakterisierung neuer Faktoren, welche die Freisetzung von Plasmodium falciparum aus roten Blutzellen ermöglichen

• Antragsteller: Professor Dr. Tim-Wolf Gilberger
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446556156

Die Replikation des Einzellers Plasmodium falciparum in roten Blutzellen und die damit einhergehende Veränderung und Zerstörung dieser Zellen ist verantwortlich für die klinischen Symptome der Malaria. In diesen Zellen wächst und vermehrt sich der Parasit innerhalb einer Vakuole (der sogenannten parasitophoren Vakuole, PV), bis die gebildeten Tochterzellen die Vakuole und die Wirtszellmembran bei ihrem Austritt (Egress) zerstören. Obwohl dieser essentielle Prozess vielversprechende molekulare Therapieansätze bietet, sind zur Zeit nur wenige Parasitenproteine identifiziert, die an diesem Prozess beteiligt sind. Eine besondere Rolle für den Egress spielen apikale, sekretorische Organellen des Parasiten, die als Exonemen bekannt sind. Diese enthalten die Subtilisin-ähnliche Serinprotease SUB1 und die Aspartatprotease Plasmepsin X (PMX), zwei Enzyme, die eine regulatorische Funktion in der Parasitenfreisetzung spielen. SUB1 wird proteolytisch von PMX geschnitten und aus den Exonemen in die PV entlassen, wo sie wiederum andere Proteine proteolytisch aktiviert, die im Egress-Prozess eine wichtige Rolle spielen. In Anbetracht der zentralen Funktion dieser beiden Proteine für die Parasitenfreisetzung und der Tatsache, dass sie die bisher einzigen bekannten Bestandteile der Exonemen sind, sollen in dem vorgeschlagenen Projekt neue Exonemen-Proteine identifiziert werden. Dies soll durch die Verwendung von Biotinylierungstechniken in P. falciparum Parasiten geschehen, die von der räumlichen Nähe der untersuchten Proteine abhängig sind. Um dies zu erreichen werden Parasiten hergestellt, die konditionell die Biotinligase miniTurbo oder die Ascorbatperoxidase APEX2 in den Exonemen exprimieren, was die Aufreinigung und Massenspektrometrie-basierte Identifikation von unbekannten Proteinen ermöglicht. Diese Exonemen-fokussierte Analyse wird durch eine ähnliche proteomische Untersuchung ergänzt, die die Proteinzusammensetzung einer weiteren Klasse von apikalen, sekretorischen Vesikeln untersucht, die als Micronemen bezeichnet werden. Diese Vesikel sind vorrangig an der anschließenden Re-Invasion von neuen Wirtszellen beteiligt, aber Untersuchungen in einem anderen verwandten Parasiten Toxoplasma gondii zeigen, dass auch sie eine wichtige Rolle im Egress spielen. Im Anschluss werden dann die neu identifizierten Proteine lokalisiert und durch konditionelle Knockdown- bzw. Knockout-Techniken näher funktionell charakterisiert. Dies wird die Identifizierung und Validierung neuer Faktoren ermöglichen, die eine entscheidende Rolle in dem für den Parasiten wichtigen Egress-Prozess spielen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2225: Wirtszellaustritt intrazellulärer Pathogene
• Mitverantwortlich: Dr. Paul-Christian Burda