Stabilität und Dynamik von Mikrotubuli in Plasmodium Sporozoiten

• Antragsteller: Professor Dr. Friedrich Frischknecht
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423870657

Mikrotubuli sind lange filamentäre Strukturen die aus Dimeren des Alpha- und ß-Tubulins geformt werden. Mikrotubuli sind für viele zelluläre Prozesse essentiell. Dabei bilden sie sich sehr schnell und werden auch schnell wieder abgebaut. Post-translationale Modifikationen und Mikrotubuli-bindende Proteine spielen eine Schlüsselrolle in der Modulation der Dynamik von Mikrotubuli. Malaria-verursachende Plasmodium Parasiten gehören zu den Apicomplexa der Chromalveolaten und sind divergente Lebensformen mit einer zellulären Biologie die sich von jener der klassischen (Opisthokonten) Modellorganismen wie Hefe unterscheiden. Wie in anderen Organismen, sind Mikrotubuli auch für Plasmodien wichtig in der Zellteilung, im Transport von Vesikeln, der Zellbewegung und Morphogenese. Einige Inhibitoren der Dynamik von Mikrotubuli töten die Parasiten in ihrer Wachstumsphase. Allerdings sind die Mikrotubuli von Plasmodien äusserst stabil sobald sie sich geformt haben. Wir zeigten vor Kurzem, dass die Deletion eines der beiden Alpha-Tubulin codierenden Gene die Ausbildung von Plasmodium Sporozoiten verhindert. Sporozoiten sind die Formen des Malariaerregers die von Anopheles Stechmücken übertragen werden. In diesen Alpha1-Tubulin(-) Parasiten wurden keine Mikrotubuli in den Oozysten, wo sich Sporozoiten ausbilden geformt. Allerdings konnten sich Sporozoiten ausbilden, wenn das Alpha1-Tubulin Gen mit dem Gen für Alpha2-Tubulin ausgetauscht wurde. Diese zeigten jedoch weniger und kürzere Mikrotubuli und hatten zum Teil sehr vom Wildtyp abweichende Formen. Sporozoiten waren kürzer wie der Wildtyp und zeigten eine stärkere Krümmung, was zu unterschiedlichen Migrationswegen dieser hochmotilen Parasitenform führte. Diese Parasiten waren ausserdem weniger infektiös, obwohl sie den Lebenszyklus schliessen konnten. Die detailierte mikroskopische Analysen der Länge von Mikrotubuli während der Sporozoitenbildung zeigte, dass sich Mikrotubuli zunächst bis über 12 Mikrometer Länge formen um dann im Wildtyp auf ca 6 Mikrometer Länge zu schrumpfen während sie in den Mutanten bis auf 4,5 Mikrometer schrumpfen. Wir wollen nun herausfinden was die exakte molekulare Grundlage für das unterschiedliche Verhalten dieser Alpha-Tubulin Isotypen ist. Wir wollen ausserdem noch Parasiten mit längeren Mikrotubuli generieren und testen wie sich diese Veränderung auf die Form und Infektivität der Sporozoiten auswirkt. Um dies zu erreichen werden wir eine Serie von transgenen Parasiten herstellen, die chimärische Alpha-Tubuline exprimieren. Zusätzlich wollen wir noch die Funktion einer spezifischen Acetylierung untersuchen um herauszufinden, ob diese die Stabilität der Mikrotubuli beeinflusst.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen