In vivo Funktionen der in Organellen lokalisierten Glutathionperoxidase-artigen Enzyme in afrikanischen Trypanosomen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Entgiftung von Lipidhydroperoxiden in afrikanischen Trypanosomen erfolgt durch nicht-selenhaltige Glutathionperoxidase-artige (Px) Enzyme, die ihre Reduktionsäquivalente vom Trypanothion/Tryparedoxin-System erhalten. Die Parasiten kodieren Gene für drei nahezu identische Px-artige Enzyme, die im Cytosol (Px I und II) und Mitochondrium (Px III) lokalisiert sind. Das am nächsten verwandte Enzym in Säugerzellen ist Gluthionperoxidase IV. Ziel des Projektes war es, die physiologische Rolle der Peroxidasen für die verschiedenen subzellulären Kompartimente der Parasiten zu untersuchen. In der Blutstromform von Trypanosoma brucei erwies sich die mitochondriale Px III als nicht essentiell. Dagegen waren Zellen, denen die cytosolischen Isoenzyme fehlten, nur in Gegenwart eines lipophilen Antioxidants wie z. B. Trolox lebensfähig. In Abwesenheit des Vitamin E-Analogs zeigten Px I-II-defiziente Zellen ein Anschwellen und Aufbrechen ihres Lysosoms. Der letale Phänotyp ist eng verknüpft mit der Aufnahme von Eisen durch Rezeptor-vermittelte Endozytose von Wirts-Transferrin. Im Gegensatz zur Blutstromform, besitzt das procyclische Insektenstadium ein voll ausgebildetes Mitochondrium und nimmt Eisen unabhängig von Transferrin auf. Procyclische Parasiten, denen die cytosolischen oder die mitochondriale Peroxidase fehlten, waren proliferativ. Dagegen waren Zellen, denen alle drei Isoenzyme fehlten, nur in Gegenwart eines lipophilen Antioxidants oder Eisenchelators lebensfähig. In Abwesenheit eines schützenden Agens zeigten Px I-III-defiziente Zellen einen Verlust ihres mitochondrialen Membranpotentials, Membranlipid-Peroxidation und Veränderungen der Ultrastruktur bevor sie lysierten. Neben Px I-III besitzen T. brucei ein weiteres, entfernt verwandtes Px-artiges Protein. Wie hier gezeigt, ist dieses Px IV ein nur geringfügig exprimiertes mitochondriales Protein mit niedriger Peroxidaseaktivität, das weder in der Blutstrom- noch Insektenform essentiell ist. Die räumliche und funktionelle Redundanz mit Px III könnte Px IV unnötig gemacht haben, zumindest unter in vitro Bedingungen. Die erzielten Ergebnisse lieferten einen tiefgreifenden Einblick in den antioxidativen Redox-Stoffwechsel der Trypanosomen. Bemerkenswert ist, dass die cytosolischen Glutathionperoxidase-artigen Enzyme Lebensstadien-spezifische Funktionen haben, indem sie in der infektiösen Blutstromform primär das Lysosom, in der Insektenform dagegen die innere Mitochondrienmembran schützen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2014) Cytosolic peroxidases protect the lysosome of bloodstream African trypanosomes from iron-mediated membrane damage. PLoS Pathogens e1004075
Hiller, C., Nissen, A., Benítez, D., Comini, M. A. and Krauth-Siegel, R. L.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1004075) - (2016) Catalytic properties, localization, and in vivo role of Px IV, a novel tryparedoxin peroxidase of Trypanosoma brucei. Mol. Biochem. Parasitol. 207, 84-88
Liu, I., Bogacz, M., Schaffroth, C., Dirdjaja, N., and Krauth-Siegel, R. L.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.molbiopara.2016.05.013) - (2016) The cytosolic or the mitochondrial glutathione peroxidase-type tryparedoxin peroxidase is sufficient to protect procyclic Trypanosoma brucei from iron-mediated mitochondrial damage and lysis. Mol. Microbiol. 99, 172-187
Schaffroth, C., Bogacz, M., Dirdjaja, N., Nissen, A. and Krauth-Siegel, R. L.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1111/mmi.13223) - (2016) Thiol redox biology of trypanosomatids and potential targets for chemotherapy. Mol. Biochem. Parasitol. 206, 67-74
Leroux, A. and Krauth-Siegel, R. L.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.molbiopara.2015.11.003) - (2016) Trypanothion – Wunderwaffe und Achillesferse der Trypanosomatiden. Biospektrum 4, 344-347
Diederich, K. and Krauth-Siegel, R. L.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s12268-016-0693-0)
