Bindungseigenschaften bestimmen die Zytoadhäsion von Plasmodium falciparum infizierten Erythrozyten mit dem Wirt

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Iris Bruchhaus; Professor Dr. Thomas Gutsmann
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491917256

Ein Schlüsselfaktor in der Pathologie des menschlichen Malariaparasiten Plasmodium falciparum ist seine Fähigkeit, infizierte rote Blutkörperchen (iRBCs) an Endothelzellrezeptoren (ECRs) anzuheften, was zu Kapillarblockade, Zytokinfreisetzung und Endothelfunktionsstörungen führt. Die Zytoadhäsion wird durch PfEMP1 Moleküle vermittelt, die auf der Oberfläche in knobs iRBCs präsentiert werden. Obwohl Fortschritte beim Verständnis der Wechselwirkungen zwischen iRBCs und dem Endothelium gemacht wurden, bleiben viele Fragen unbeantwortet. Um diese Lücke zu schließen, haben wir entsprechende Exprimente durchgeführt und dabei folgende Ergebnisse erzielt: (i) Nutzbarmachung der selection-linked integration (SLI) Methode bei der Erzeugung von Parasiten, die spezifische PfEMP1-Varianten auf iRBCs präsentieren, was die gezielte Untersuchung von Wirt-Parasit-Interaktionen ermöglicht. (ii) Einsatz der Einzelzell-Kraftspektroskopie zur Unterscheidung des unterschiedlichen Bindungsverhaltens zwischen iRBCs und ECRs. (iii) Verstärkte Expression von Genen, die für Zytokin- und antivirale Proteine kodieren, in ECs des Gehirns nach Interaktion mit den iRBCs. (iv) Veränderte Expressionsprofile von primären Gehirn- und Lungen-ECs unter Scherstress und nach der Exposition von iRBCs im Ringstadium. (v) Erfolgreiche Hemmung der Adhäsion durch synthetische Peptide, die die Strukturen von CD36 und ICAM-1 nachahmen. Auf der Grundlage der Ergebnisse soll die folgende Hypothese getestet werden: Unterschiede in der Herkunft der ECs, der Scherbelastung, der Temperatur und der PfEMP1-Variante führen zu unterschiedlichen Reaktionen der ECs auf die Zytoadhäsion von iRBCs und haben somit Auswirkungen auf den Schweregrad der Erkrankung. Zu den wichtigsten Zielen gehören: 1. Bestimmung der Scherkraftschwelle für die Initiierung der iRBC-ECR-Bindung, der Bedingungen, die zur Destabilisierung der Bindung führen, sowie der Dynamik und Geschwindigkeit der iRBC-Bewegung. 2. Bestimmung der Bindung von SLIvar-iRBCs an ECs, die aus verschiedenen Organen stammen, sowie des Einflusses von TNF-Stimulation und erhöhten Temperaturen auf die Zytoadhäsionseffekte und Analyse der Expression der ECs. 3. Quantifizierung der Kräfte innerhalb der identifizierten Interaktionen und die Bewertung ihrer Abhängigkeit von der knob-Dichte, den Abmessungen und der Anzahl der PfEMP1-Moleküle. 4. Die synthetischen 20-Mer-Peptide, die aufgrund ihrer Fähigkeit, die Zytoadhäsion an CD36 und ICAM-1 zu reduzieren, identifiziert wurden, dienen als grundlegende Plattform für die Verbesserung der Wirksamkeit der Inhibitoren durch iterative Entwicklungszyklen. Um diese Ziele zu erreichen sollen modernste Technologie (z.B. Laminar-Flow-System, Rasterkraftmikroskopie, Ultrastrukturexpansions-mikroskopie und Kryo-Elektronenmikroskopie) eingesetzt werden. Unser Ziel ist es, Erkenntnisse über die Wechselwirkungen zwischen iRBC und EC zu gewinnen, um gezielte Maßnahmen gegen schwere Malaria ergreifen zu können.

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