Regulationsmechanismen der cGMP-abhängigen Proteinkinase aus Plasmodium falciparum

• Antragsteller: Professor Dr. Friedrich-Wilhelm Herberg
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 322864367

Malaria ist weltweit eine der gefährlichsten Infektionskrankheiten. Zunehmende Resistenzen erfordern innovative Ansatzpunkte für die Entwicklung neuer pharmazeutischer Wirkstoffe. Malaria wird durch einzellige Parasiten der Gattung Plasmodium verursacht, die von der Anopheles-Mücke übertragen werden. Die cGMP-abhängige Proteinkinase aus Plasmodium falciparum (PfPKG) spielt sowohl bei der geschlechtlichen Vermehrung in der Mücke als auch bei der ungeschlechtlichen Vermehrung im Menschen eine wichtige Rolle. Die Primärstruktur der PfPKG weicht erheblich von der der humanen (h)PKG ab und kann somit einen spezifischen Angriffspunkt für die Entwicklung von Anti-Malaria Medikamenten darstellen. Die Funktion und die Regulation von PfPKG sind bisher noch wenig erforscht. Basierend auf hochauflösenden Kristallstrukturen werden wir in diesem Projekt den Regulations- und Aktivierungsmechanismus von PfPKG auf molekularer Ebene charakterisieren. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf der Charakterisierung der Zyklonukleotidbindedomänen (CNBs; PfPKG vier im Gegensatz zu zwei in hPKG) und der Rolle der autoinhibitorischen Domäne. Neueste Strukturdaten (Kim et al., 2015, Huang et al., 2014 und bisher nicht publizierte Strukturen) stellen eine solide Grundlage für einen zielgerichteten Zyklonukleotid-Screen dar.Eine kritische Rolle in der Kinaseaktivierung und Kinaseaktivität kommt dabei der CNB-D zu. Gleichzeitig scheint die CNB-D für die Stabilität der katalytischen Domäne verantwortlich zu sein. Erste Ergebnisse zeigen klare Unterschiede im Aktivierungsmechanismus zwischen der PfPKG und hPKG, z.B. bei der Regulation über die autoinhibitorische Domäne. Auch die katalytischen Domäne weicht strukturell ab. Wir konnten bei PfPKG Unterschiede in einem in Proteinkinasen hochkonservierten Strukturmotiv, den sog. spines, identifizieren, die die Aktivität von Proteinkinasen maßgeblich kontrollieren. Dies werden wir mittels zielgerichteter Mutagenese und Bindungsstudien untersuchen.Mit unserer langjährigen Expertise im Bereich der Zyklonukleotide und Zyklonukleotid-abhängige Proteinkinasen haben wir mit PKG aus P. falciparum ein neues Forschungsfeld betreten. In internationalen Kooperationen mit Strukturbiologen und Parasitologen wollen wir die gewonnenen Daten als Grundlage für Strategien im Kampf gegen Malaria einsetzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen