Optogenetische Untersuchung von zyklischen Nukleotid Signalkaskaden im Modelparasiten Toxoplasma gondii

• Antragsteller: Dr. Nishith Gupta
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 275905048

Toxoplasma gondii ist ein obligat intrazellulärer Parasit, der nahezu alle warmblütigen Organismen infizieren kann. Sein schnell-replizierendes Tachyzoiten-Stadium verursacht schwere Gewebsnekrosen. Unter Immun- oder physikochemischen Stress differenzieren Tachyzoiten zu inaktiven Bradyzoiten, die in Gewebszysten lebenslang im Wirt überdauern können. Cyclische Nukleotide (cAMP, cGMP) sind universelle und essentielle Regulatoren der zellulären Stressantwort. Die physiologische Rolle und der Mechanismus des Signalwegs der cyclischen Nukleotide während der asexuellen Entwicklung von T. gondii bleiben aber spekulativ. Dies war vor allem aufgrund des Fehlens einer präzisen Methode der Fall, mit der die Spiegel der cyclischen Nukleotide im Parasiten verändert werden können ohne die Wirtszellen zu stören. Wir haben dieses Problem durch die Anpassung eines optogenetischen Ansatzes zur Induzierung der cAMP- und cGMP-Spiegel mit Licht in T. gondii gelöst. Unsere Arbeit deutete auch auf die Notwendigkeit des vom Parasiten stammenden cAMPs für Differenzierung und den lytischen Zyklus hin. Wir wollen jetzt die cNMPs des Parasiten durch die Expression von cAMP- und cGMP-spezifischen licht-regulierten Phosphodiesterasen herabregulieren. Dies erlaubt mehrere Vorteile gegenüber unserer früheren Machbarkeitsstudie mit licht-aktivierten Cyclasen, z.B. die bedingte Repression von endogenen Signalen in Parasitenkulturen, und die Verhinderung unerwünschter Effekte wegen ATP/GTP-Verbrauchs und Überschreiben des natürlichen cNMP-Spiegels. Solche optogenetischen Linien wollen wir nutzen um die Bedeutung von cNMP-Signalen für den asexuellen Zyklus von T. gondii zu bestimmen, was wir dann mit Mutanten der cAMP- und cGMP-abhängigen Kinasen bestätigen wollen. Während wir unser derzeitiges Wissen ausbauen, soll unsere geplante Arbeit den Grundstein für spätere mechanistische Studien legen und den Weg für die Anwendung von Optogenetik in der Infektionsforschung legen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Peter Hegemann