Characterization of a novel multi-adhesion protein family expressed in the sexual stages of the human malaria pathogen Plasmodium falciparum
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die sexuelle Reproduktion des Malariaparasiten erfolgt nach dessen Übertragung vom Menschen auf die Mücke mit der Blutmahlzeit. Die Sexualstadien sind als einzige Lebenszyklusstadien des Parasiten in der Lage, eine Infektion in der Mücke zu etablieren. Sie spielen daher eine entscheidende Rolle für die Verbreitung der Tropenkrankheit und stellen ideale Angriffspunkte für transmissionsblockierende Vakzine dar. Die Übertragung des Erregers erfolgt über sexuelle Vorläuferzellen, den Gametozyten, die im Menschen heranreifen und nach der Übertragung im Mitteldarm der Mücke aktiviert werden. Die aktivierten Gametozyten brechen innerhalb weniger Minuten aus den sie umgebenden Erythrozyten aus und bilden sich zu paarungsbereiten Gameten um. Während der Gametozytenreifung bildet sich eine große Anzahl von Adhäsionsproteinen auf der Oberfläche der Sexualstadien aus. Antikörper gegen diese Proteine führen zu einer komplementvermittelten Lyse der Sexualstadien im Mückendarm, wodurch eine Weiterentwicklung des Parasiten in der Mücke verhindert wird. Zu den Adhäsionsproteinen der Gametozyten zählt auch die von uns entdeckte und aus sechs Mitgliedern bestehende PfCCp-Multiadhäsionsproteinfamilie. Im Rahmen des Emmy-Noether-Projekts „Charakterisierung einer neuen Familie von Multiadhäsionsproteinen in den Sexualstadien des humanpathogenen Malariaerregers Plasmodium falciparum“ war es unser Ziel, die PfCCp-Proteine in den Sexualstadien von Plasmodium falciparum zu charakterisieren und ihr Potential als mögliche Impfstoffkandidaten für transmissionsblockierende Vakzine zu evaluieren. Im Verlauf des Projekts konnten wir zeigen, dass die sechs Proteine während der Gametozytenentwicklung gebildet werden. Die Proteine werden koabhängig exprimiert und das Ausschalten eines der PfCCp-Proteine führt zum Verlust aller Proteine. Die PfCCp-Proteine bilden miteinander sowie mit anderen oberflächenständigen Adhäsionsproteinen multimere Proteinkomplexe in den Gametozyten aus, die anschließend auf der Oberfläche der Makrogameten exponiert werden und diese wie eine Hülle umgeben. Knockout-Studien zeigten, dass die PfCCp-Proteine wichtig für die Weiterentwicklung des Parasiten in der Mücke sind, und Antikörper, die gegen ausgewählte Adhäsionsdomänen gerichtet sind, inhibierten unter Beteiligung des Komplements die Gametenbildung. In ex vivo-Versuchen an mit P. falciparum-infizierten Mücken konnte für die PfCCp-Proteine jedoch nur ein moderater transmissionsblockierender Effekt nachgewiesen werden. In weiterführenden Studien untersuchten wir den Aufbau und die mögliche Funktion der multimeren Proteinkomplexe. Wir konnten zeigen, dass die Komplexe über WD40-Proteine stabilisiert werden, und dass sie in Kontakt mit Zytoskelettelementen der Gametozyten stehen. Nach der Übertragung der Malariaparasiten auf die Mücke führen die Proteine der multimeren Proteinkomplexe auf Grund ihrer adhäsiven Eigenschaften zu einer Verkettung von Makrogameten und fördern damit vermutlich die Kontaktaufnahme der Paarungspartner. Unsere bisherigen Ergebnisse zeigen, dass die multimeren Proteinkomplexe multifunktionale Einheiten repräsentieren. Wir vermuten, dass sie unter anderem eine Rolle in der Stabilität der Gametozyten, dem Austritt der aktivierten Gametozyten aus den Erythrozyten, der Kontaktfindung zwischen den Gameten und dem Schutz der extrazellulär im Mückendarm vorliegenden Gameten spielen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2006). Genomics of pathogenic parasites. In: Dobrindt U, Hacker JH (Eds): Pathogenomics – Genome analysis of pathogenic microbes. Wiley-VCH Weinheim, 417-444
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Pradel G, Wagner C, Mejia C, Templeton TJ
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Pradel G
- (2008). Effect of protease inhibitors on exflagellation in Plasmodium falciparum. Mol Biochem Parasitol 158, 208-212
Rupp I, Bosse R, Schirmeister T, Pradel G
- (2008). PfCCp proteins of Plasmodium falciparum: gametocyte-specific expression and role in complement-mediated inhibition of exflagellation. Int J Parasitol 38, 327-340
Scholz SM, Simon N, Lavazec C, Dude MA, Templeton TJ, Pradel G
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Simon N, Scholz SM, Moreira C, Templeton TJ, Kuehn A, Dude MA, Pradel G
- (2010). Family members stick together – multi-protein complexes of malaria parasites. Med Microbiol Immunol 199, 209-226
Kuehn A, Simon N, Pradel G
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Kuehn A, Pradel G
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Rupp I, Sologub L, Williamson KC, Scheuermayer M, Reininger L, Doerig C, Eksi S, Kombila DU, Frank M, Pradel G
- (2011). Malaria proteases mediate insideout egress of gametocytes from red blood cells following parasite transmission to the mosquito. Cell Microbiol 13, 897-912
Sologub L, Kuehn A, Kern S, Przyborski J, Schillig R, Pradel G
