Konsequenzen posttranslationaler Modifikationen von Mikrotubuli auf die Physik des Parasiten Trypanosoma brucei - Teil II

• Antragsteller: Professor Dr. Klaus Ersfeld; Professor Dr. Matthias Weiss
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten ; Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491707420

Das Ziel dieses Projekts ist eine umfassende Studie zur Rolle post-translationaler Mikrotubuli-Modifikationen (PTMs) auf physikalische und zellbiologische Eigenschaften des humanpathogenen Parasiten Trypanosoma brucei. Das Mikrotubulus-Zytoskelett ist für viele Aspekte des Lebenszyklus von T. brucei von Bedeutung, da es eine Schlüsseldeterminante für die Zellmotilität und -morphologie ist, einschließlich der Anpassungen während der Differenzierung im Lebenszyklus. Aktuell weiß man nur sehr wenig darüber, wie die Dynamik des Zytoskeletts reguliert wird und welchen Einfluss diese Änderungen auf die Physik des Parasiten haben. In unserem Projekt charakterisieren wir die Rolle von drei PTMs: Polyglutamylierung, (De)Tyrosinierung und Acetylierung. Während des ersten Förderzeitraums haben wir insbesondere Zellstämme der prozyklischen Form des Parasiten entwickelt, in denen Enzyme deletiert wurden, die die oben genannten Veränderungen katalysieren. Diese Stämme wurden mit zellbiologischen Techniken in Kombination mit quantitativen Assays zur Zellbewegung untersucht. So konnten wir morphologische Veränderungen identifizieren und wichtige Parameter der Fortbewegung, z.B. die intermittente wechselnde charakteristische Geschwindigkeit und Geradlinigkeit der Bewegung, quantifizieren. Aufbauend darauf werden wir in der zweiten Förderperiode weitere detaillierte und komplexere Analysen hinzufügen. Insbesondere werden wir die Herstellung mutierter Stämme auf die Blutstromvariante des Parasiten ausdehnen und alle Stämme auf ultrastruktureller Ebene untersuchen, um subtile Veränderungen der Zytoskelettstrukturen aufzudecken. Darüber hinaus werden wir für alle mutierten Stämme die individuelle Zellmotilität und die effektive Steifigkeit des Zytoskeletts mittels quantitativer Videomikroskopie ('cell tracking') in verschiedenen einschränkenden mikrofluidischen Umgebungen quantifizieren, die das natürliche Habitat des Parasiten kontrolliert imitieren, z.B. in kleinen wässrigen Tröpfchen oder in Kammern mit einer Labyrinth-artigen Anordnung weicher und/oder beweglicher Hindernisse. Auch der Einfluss strömender Medien wird untersucht werden, was insbesondere für die Blutstromform des Parasiten wichtige neue Erkenntnisse verspricht. Wir erwarten, dass dieses Projekt, zusammen mit den Resultaten der ersten Förderperiode, zu einem umfassenden Verständnis der Bedeutung von Mikrotubuli-PTMs auf die (Bio)Physik von T. brucei führen wird.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2332: Physik des Parasitismus