Untersuchung der molekularen Mechanismen der Transkriptionellen Regulation durch Plasmodium falciparum Bromodomänen-Proteine

• Antragstellerin: Dr. Michaela Petter
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 355189922

Der Malariaparasit Plasmodium falciparum infiziert und vermehrt sich in menschlichen roten Blutzellen. Wie alle lebenden Organismen müssen Malariaerreger ihre Gene streng kontrollieren, um Proteine für wichtige physiologische Prozesse (wie die Wirtszellinvasion) rechtzeitig herzustellen. Genregulation umfasst epigenetische Mechanismen, also die dynamische Struktur und Zusammensetzung von Chromatin. Dies besteht aus wiederholten Einheiten von DNA, die ein Oktamer aus Histonproteinen umwickeln. Die N-terminalen Enden der Histone können reversibel mit kleinen chemischen Gruppen modifiziert werden, um eine hoch-dynamische Plattform an Bindestellen für verschiedene Proteinkomplexe zu erzeugen, welche die Struktur von Chromatin verändern können und dadurch Genexpression in einer zeitlichen und räumlichen Weise regulieren. Zu diesen Histon-Modifikationen gehören Acetylgruppen an Lysinresten, die von Proteinen mit einer sogenannte Bromodomäne erkannt werden. Da Bromodomänenproteine eine zentrale Rolle in der Genregulation haben und durch hochwirksame Inhibitoren blockiert werden können, sind sie vielversprechende Ziele für Medikamente gegen HIV, Krebs und Entzündungen, und könnten auch interessant als Angriffspunkte für neue Therapien der Malaria sein.Wir haben ein neues P. falciparum Bromodomänenprotein (PfBDP1) charakterisiert, das an Acetyl-Lysinreste in Histonen bindet und essentiell für das Parasitenwachstum ist. PfBDP1 besetzt Promotoren von Invasionsgenen und koordiniert deren Expression. Die molekularen Mechanismen der Transkriptionskontrolle durch PfBDP1 sind jedoch noch gänzlich unklar. In anderen Organsimen regulieren Bromodomänenprotein die Genexpression durch Interaktionen mit spezifischen Transkriptionsfaktoren und mit dem Mediator Komplex, einem flexiblen Komplex aus mehreren Untereinheiten. Solche Interaktionen führen zu lokalen Veränderungen im Chromatin und letztendlich zur Transkription durch die RNA-Polymerase II. Wir haben Hinweise darauf gefunden, dass PfBDP1 in einer ähnlichen Art und Weise agiert. Daher wollen wir die Hypothese überprüfen, dass PfBDP1 die Transkription durch Kooperation mit spezifischen Transkriptionsfaktoren und der basalen Transkripionsmaschinerie kontrolliert. Wir wollen Genom-weite RNA und Chromatin-Sequenzierung (ChIPseq) sowie Proteomics-Methoden anwenden, um grundlegende molekulare Mechanismen der Genregulation durch PfBDP1 in Malariaparasiten zu entschlüsseln. Wir werden das funktionelle Zusammenspiel von PfBDP1 mit einem Transkriptionsfaktor der ApiAP2 Familie untersuchen (Ziel 1); wir werden erforschen, welche Auswirkungen der Knock-Down von PfBDP1 auf Bestandteile der basalen Transkriptionsmaschinerie hat (Ziel 2); und wir werden ein neues, putatives Chromatinprotein charakterisieren, das mit PfBDP1 interagiert (Ziel 3). Dadurch werden wir wesentlich besser verstehen lernen, wie Malariaparasiten die Gene regulieren, die ihnen die Infektion und das Überleben im menschlichen Wirt ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen