Funktion der inneren Mikrotubuli-Proteine (MIPs) in der Morphologie und Mechanik von Plasmodium während des Lebenszyklus

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Stefan Diez; Professorin Dr. Simone Reber
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 551865026

Die Fähigkeit des Malariaparasiten Plasmodium, für jedes Stadium seines Lebenszyklus spezielle Formen anzunehmen, Verformungen zu widerstehen und sich zu vermehren, hängt weitgehend von seinem Mikrotubuli Zytoskelett ab, einem zusammenhängenden Netzwerk aus Tubulin-Polymeren und regulatorischen Proteinen. Obwohl allgemein angenommen wird, dass Mikrotubuli für die strukturelle Integrität von Plasmodium essentiell sind, fehlt uns eine direkte Verbindung zwischen den mechanischen Eigenschaften der Mikrotubuli und deren Beitrag zur Mechanik des Parasiten. Darüber hinaus ist nicht bekannt, ob und wie MIPs, die im Lumen der Mikrotubuli binden, zur Mikrotubuli-Stabilität und den mechanischen Eigenschaften des Parasiten auf zellulärer Ebene beitragen. Daher schlagen wir hier eine Kombination aus bottom-up- und top-down-Ansätzen vor, um zu verstehen, wie die mechanischen und materiellen Eigenschaften der verschiedenen Plasmodium-Stadien entstehen. Wir werden Plasmodium-Mikrotubuli in Anwesenheit von MIPs unter Verwendung gereinigter Komponenten rekonstituieren, die Wirkung von MIPs auf die Mikrotubuli-Dynamik und -Mechanik systematisch mit hochauflösender optischer Mikroskopie auf Einzelfilamentebene quantifizieren und die Materialeigenschaften verschiedener Parasitenstadien mit moderner Biophotonik messen. Die Stabilität der Mikrotubuli werden wir zusätzlich durch testen durch physikalische Permutationen und die Erzeugung von MIP-Mutanten. Dies wird uns ermöglichen, (i) die biophysikalischen Eigenschaften der molekularen Teile mit (ii) dem kinetischen und mechanischen Verhalten der Mikrotubuli-Filamente und (iii) der zellulären Morphologie und Mechanik des Parasiten direkt zu verbinden. Auf diese Weise werden wir ein umfassendes und quantitatives Bild davon gewinnen, wie Plasmodium einen evolutionär konservierten luminalen Mechanismus für die außergewöhnliche Stabilisierung seines Mikrotubuli-Zytoskeletts nutzt und wie dies zur Gesamtmechanik des Parasiten beiträgt, um ihm eine zelluläre Form und Funktion zu verleihen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2332: Physik des Parasitismus