Mechanismen und Bedeutung des inter-organellen Pyruvat Transports in Toxoplasma gondii
Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Toxoplasma gondii ist ein weit verbreiteter intrazellulärer Erreger von Nutztieren, Wildtieren und Menschen weltweit. In den letzten drei Jahrzehnten ist er auch zu einem Modellpathogen für das Verständnis der zentralen molekularen Konzepte des intrazellulären Parasitismus geworden. Eine einzige Art der Gattung Toxoplasma (d. h. T. gondii) kann praktisch alle Warmblüter und verschiedene Arten von kernhaltigen Wirtszellen infizieren. Der Stoffwechsel des Parasiten ermöglicht ihm das Überleben und die Vermehrung in unterschiedlichen Nährstoffumgebungen, die in verschiedenen Wirtszelltypen anzutreffen sind. Der Parasit nutzt Glucose und Glutamin als zwei wichtige Kohlenstoffquellen, um seine ungeschlechtliche Vermehrung in Säugetierzellen zu fördern. Beide Kohlenstoffquellen werden im Zytosol des Parasiten zu Pyruvat umgewandelt, das als zentraler Metabolit für das Wachstum des Parasiten entscheidend ist. Es wird an verschiedenen subzellulären Orten verwertet, darunter im Mitochondrium und im Apicoplast (einem nicht-photosynthetischen Chloroplastenrelikt und bewährtem Ziel für Medikamente gegen diese Gruppe von Parasiten). Dieses Projekt konzentriert sich auf potenzielle Pyruvat-Transporter, die sich in den Mitochondrien und der Apicoplast-Membran von Toxoplasma befinden. Ziel war den Mechanismus des Pyruvat-Erwerbs und seine physiologische Bedeutung in verschiedenen Organellen aufzudecken. Die Hauptforschungsinhalte umfassen die folgenden Aspekte: 1. Subzelluläre Lokalisierung und Transmembrantopologie der APC- und MPC-Proteine 2. Biologische Rolle von APC und MPC bei Wachstum, Reproduktion und Pyruvat-Stoffwechsel 3. Pyruvat-Transportaktivität von APC- und MPC-Proteinen 4. Mechanismus des Pyruvattransports durch APCs und MPC-Proteine. Während der Projektdurchführung wurden die Arbeiten schrittweise um die vier oben genannten Hauptaspekte herum durchgeführt. Der Komplex und die Zusammensetzung der TgAPCs in Toxoplasma gondii wurden entdeckt, und die spezifische Rolle der TgMPCs wurde geklärt. Die topologische Struktur der TgAPCs auf der Apikoplastenmembran des Parasiten und ihre physiologische Bedeutung wurden untersucht. Metabolomics-Techniken wurden eingesetzt, um die Rolle von TgAPCs und TgMPCs im zentralen Kohlenstoff-Stoffwechsel des Parasiten zu analysieren. Das heterologe Expressionssystem hat die Transportfähigkeit von TgAPCs und TgMPCs für Pyruvat weiter validiert. Die Forschungsergebnisse des Projekts sind von großer Bedeutung für das Verständnis der Mechanismen des Kohlenstoffstoffwechsels von Toxoplasma gondii und für die Erforschung neuer Angriffspunkte für Medikamente.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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The Mitochondrial Pyruvate Carrier Coupling Glycolysis and the Tricarboxylic Acid Cycle Is Required for the Asexual Reproduction of Toxoplasma gondii. Microbiology Spectrum, 11(2).
Lyu, Congcong; Chen, Yukun; Meng, Yanan; Yang, Jichao; Ye, Shu; Niu, Zhipeng; EI-Debs, Issam; Gupta, Nishith & Shen, Bang
