Mechanismen und Bedeutung des inter-organellen Pyruvat Transports in Toxoplasma gondii

• Antragsteller: Dr. Nishith Gupta
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 432249451

Toxoplasma gondii ist ein universeller, intrazellulärer Erreger, welcher durch eine Vielzahl von Infektionen an Tieren und Menschen weltweit eine signifikante, sozioökonomische Belastung darstellt. Unsere bisherige Arbeit und ergänzenden Ergebnisse zur Unterstützung dieses Antrags haben gezeigt, dass T. gondii eine einzigartige metabolische Flexibilität aufweist und in der Lage ist, Glukose, Glutamin, Acetat, Laktat und Aminosäuren zur Energie- und Makromolekülsynthese zu nutzen. Als gemeinsames Zwischenprodukt haben diese Nährstoffe Pyruvat, welches vorwiegend aus der zytosolischen Glykolyse stammt, aber in mindestens drei Organellen wie den Mitochondrien, Apikoplasten (einem Chloroplastrelikt) und Zytoplasma vorliegt. Zum Antreiben des TCA-Zyklus wird Pyruvat in den Mitochondrien in Acetyl-CoA umgewandelt, während es im Apikoplast als Subtrat für die De-novo-Synthese von Isoprenoiden und Fettsäuren dient. Unsere Arbeit deutet darauf hin, dass beide Organellen spezialisierte Pyruvattransporter haben, um dieses wichtige Metabolit aus dem Zytosol zu importieren. Die Transporter sind noch nicht bekannt. Mittels Bioinformatik und Lokalisationsanalysen haben wir 4 Gene gefunden, die sehr wahrscheinlich den mitochondrialen Pyruvat-Transporter (MPC1/2) und den apikoplastischen Pyruvat-Transporter (APC1/2) kodieren. Zukünftig soll unser gemeinsamer chinesisch-deutscher Antrag die Transportaktivitäten des Pyruvats und die physiologische Bedeutung dieser Proteine durch biochemische und gentechnische Ansätze untersuchen. Vor allem werden wir die Membrantopologie und Komplexbildung durch genomisches Tagging von MPC- und APC-Proteinen sowie die phänotypischen Auswirkungen ihrer einzelnen oder kombinierten, genetischen Knockouts untersuchen. Die gewählten Mutanten werden metabolischen Assays und dem biosensorischen Nachweis von Pyruvat im Zytosol, Mitochondrium und Apikoplast unterzogen. Zudem soll das Komplementieren der gewählten Mutanten mit entsprechenden MPC/APC sowie gut charakterisierten Homologen der Hefe und Säugetieren die Spezifität der Phänotypen weiter bestätigen. Bekräftigt wird die Parasitenarbeit durch funktionelle Komplementierungs- und Transportassays in Hefe- und Bakterienmutanten ohne Pyruvattransport. Nicht zuletzt werden die rekombinanten Hefe- und Bakterienstämme zur Bestimmung von Selektivität, Spezifität und Ionen/pH-Abhängigkeit des Pyruvattransports durch MPC/APC-Proteine untersucht. Der Mechanismus und die Bedeutung des kompartimentübergreifenden Pyruvattransports für den Kohlenhydratstoffwechsel in T. gondii sowie die Identifizierung und Validierung neuartiger, antiparasitärer Interventionen sollen bei erfolgreichem Abschluss der geplanten Arbeit dargestellt und unterstützt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Bang Shen, Ph.D.