Eine neuartige Lipid (Phosphatidylthreonin)-regulierte Calciumhomöostase in Toxoplasma gondii

• Antragsteller: Dr. Nishith Gupta
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 245364597

Die größten Klassen der bisher beschriebenen Membranphospholipide umfassen Phosphatidylcholin, Phosphatidylethanolamin, Phosphatidylserin und Phosphatidylinositol. Unsere neuesten Arbeiten zeigten das natürliche Auftreten und den genetischen Ursprung des exklusiven und häufig vorkommenden Lipids Phosphatidylthreonin (PtdThr) in einem weitverbreiteten und klinisch relevanten eukaryotischen Modellparasiten, Toxoplasma gondii. Bemerkenswerterweise ist PtdThr ein natürliches Homolog des universal vertretenen Phopsphatidylserins (PtdSer), welches die Calciumhomöostase in Säugerzellen reguliert. Eine gezielte genetische Störung der Phosphatidylthreoninsynthase (PTS) beeinträchtigt den lytischen Zyklus und die Virulenz des Parasiten bedingt durch eine unerwartete Abschwächung der aufeinanderfolgenden Ereignisse von Motilität, Zellaustritt und Invasion. Mit Hilfe eines Calcium-Biosensors konnten wir beobachten, dass der Verlust von PtdThr eine Dysregulation des zytosolischen Calciums hervorruft, was wiederum in Defekten der Motilität resultiert. Mit diesem Antrag wollen wir die mechanische Regulierung der Calciumhomöostase durch PtdThr zu untersuchen, indem wir einen Ansatz verfolgen, der Disziplinen der Biochemie, Gentechnik, Zellbiologe und der Synthetischen Chemie umfasst. Durch die Expression eines FRET-basierten Ca2+-Sensors werden wir im Parentalstrang sowie in PTS-Mutanten die Calciumlevel im endoplasmatischen Retikulum (Ort der PtdThr- und PtdSer-Synthese) messen. Um die Rolle von Lipiden für die Regulation von Calcium genauer zu definieren, werden wir die Calciumhomöostase genetisch oder chemisch manipulieren und die natürliche Lipidzusammensetzung in der PTS-Mutante genetisch wiederherstellen. Außerdem werden durch Click-Chemie und Massenspektrometrie, gefolgt von der Herstellung geeigneter Knockouts und Phänotypisierung der Mutanten, die Lipid-bindenden Proteine identifiziert, die die Calciumhomöostase beeinflussen. Gleichermaßen wird die subzelluläre Verteilung von PtdThr mittels synthetische-chemischer Sonden und angepasster Lipid-Biosensoren via hochauflösender bildgebungs Verfahren bestimmt. Nicht zuletzt werden wir die physiologische Bedeutung der wichtigsten PtdThr-Arten in T. gondii durch chemische Komplementierung der Parasitenkulturen erforschen. Nach erfolgreicher Durchführung sollten wir die PtdThr-vermittelte Regulierung sowie zentrale Mediatoren der Calciumhomöostase während der asexuellen Reproduktion von T. gondii kennen, was letztendlich genutzt werden kann, um das Wachstum der Parasiten zu hemmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Christoph Arenz