Histonmethylierungen während der sexuellen Differenzierung von Plasmodium falciparum

• Antragstellerin: Professorin Dr. Gabriele Pradel
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 454761374

Epigenetik spielt eine entscheidende Rolle bei der dynamischen Regulation von Genen und treibt maßgeblich die Entwicklungsschritte im Lebenszyklus von Malariaparasiten voran. In Plasmodium falciparum hängt die epigenetische Kontrolle weitgehend von posttranslationalen Histonmodifikationen ab, die mit der Regulation von var-Genen sowie der sexuellen Differenzierung in Verbindung gebracht wurden. Wir haben zuvor gezeigt, dass epigenetische Inhibitoren der Histonmethylierung und -deacetylierung die Genexpression während der Gametozytenentwicklung und der Gametogenese erheblich beeinträchtigen. Kürzlich brachten wir die Histonmethyltransferase SET10 mit H3K18me1-Methylierung innerhalb von Chromatinmodulationskomplexen in Zusammenhang. Während eine SET10-Defizienz keinen Einfluss auf das intraerythrozytäre Wachstum und die Gametozytenentwicklung hat, ist deren Übertragung auf die Mücke stark beeinträchtigt. Eine weitere zentrale Histonmethyltransferase, SET2, ist für H3K36me2- und H3K36me3-Methylierungen in Blutstadienparasiten verantwortlich. Der Verlust von SET2 führt zu einer abgebrochenen Gametozytogenese sowie zu schweren Defekten in der Zytoskelettorganisation und Membranintegrität. Vergleichende Transkriptomanalysen ergaben zudem, dass SET2-defiziente Parasiten eine Deregulierung von Genen aufweisen, die mit sexueller Differenzierung, mitochondrialer Funktion und Zytoskelettorganisation assoziiert sind. Zusammengenommen legen diese Ergebnisse nahe, dass SET2 eine entscheidende Rolle bei transkriptionellen Verschiebungen während der Gametozyteninduktion spielt. In diesem Verlängerungsantrag werden wir unsere Arbeiten an SET2 und SET10 weiterführen. Unser erstes Ziel (Ziel 1) ist die eingehende Untersuchung der Rolle von SET2 in der Gametozytenentwicklung. Dazu werden wir detaillierte morphologische Analysen von SET2-Knockout-Parasiten mittels hochauflösender Mikroskopie durchführen und das SET2-Interaktom in Ringstadien und Gametozyten charakterisieren. Zudem werden wir Zielgene von SET2 während der Gametozyteninduktion und -entwicklung durch Chromatin-Immunpräzipitation identifizieren. Unser zweites Ziel (Ziel 2) konzentriert sich auf die Funktion von SET10 in Blutstadienparasiten. Wir werden den SET10-basierten Chromatinmodulationskomplex näher untersuchen, indem wir SET10-Interaktoren in Schizonten und Gametozyten identifizieren und deren Funktionsverlust phänotypisch analysieren. Darüber hinaus werden wir die Funktion von SET10 in den plasmodialen Transmissionsstadien mittels hochauflösender Mikroskopie untersuchen. Vergleichende Transkriptomanalysen und Chromatin-Immunpräzipitationsassays werden helfen, Zielgene der SET10-vermittelten Methylierung zu identifizieren. Die gewonnenen Erkenntnisse werden unser Verständnis der histonmethylierungsbasierten Chromatinumstrukturierung während der sexuellen Differenzierung des Malariaparasiten vertiefen und die Entwicklung epigenetischer Wirkstoffe für die Malariatherapie fördern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen