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

Plasmodium falciparum ist für den Großteil der bei einer Malaria auftretenden Komplikationen und Todesfälle verantwortlich. Von großer Bedeutung für die Pathologie der Malaria ist hierbei die Fähigkeit von P. falciparum-infizierten Erythrozyten (IEs), an Gefäßendothelien zu zytoadhärieren. Allerdings ist bisher wenig über die Kinetik und Dynamik des Prozesses der Zytoadhäsion bekannt. Wir haben kürzlich ein alternatives Modell für den Prozess der Zytoadhäsion formuliert. Bei diesem Modell erfolgt das Entfernen der IEs aus der Blutbahn (tethering) über den Endothelzellrezeptor (ECR) CD36, über welchen sich die IEs anschließend rollend bewegen (rolling). Zu einem späteren Zeitpunkt, bedingt durch die Stimulation der Endothelzellen (ECs), findet eine meist statische Bindung an weitere ECRs statt (adhesion). Aus diesem Modell ergeben sich die folgenden Hypothesen: 1. PfEMP1-Proteine binden an CD36 über eine slip-Bindung; der rollende Phänotyp führt zu einer geringen oder keiner Aktivierung der ECs. Diese Bindung begünstigt daher die Entwicklung einer milden Malaria. 2. PfEMP1-Proteine binden an andere ECRs über eine catch-Bindung, was zu einer stabilen Bindung und Aktivierung der ECs führt. Die Bindung begünstigt die Entwicklung einer schweren Malaria. 3. Knobs auf der Oberfläche IEs sind essentiell, um auch unter fiebrigen Bedingungen am Endothel zu adhärieren. Es besteht ein evolutionärer Druck auf die Bildung von knobs. 4. VAR2CSA (verantwortlich für die Schwangerschafts-assoziierte Malaria) kann nur in Gegenwart der in der Plazenta herrschenden geringen Scherkräfte binden; daher findet eine Bindung an das Endothel anderer Organe nicht statt. 5. Synthetische Peptide, die auf Sequenzen der Bindungsepitope basieren, können die Aktivierung von ECs hemmen. Durch die Kombination transgener Zellen und Plasmodien, die definierte ECRs oder PfEMP1s exprimieren und durch 1. Rasterkraftmikroskopie (AFM) (zur Unterscheidung zwischen Einfach- und Mehrfachbindungen und zwischen Slip- und Catch-Bindungsmechanismen) in Verbindung mit der Bestimmung der Calcium-Signalisierung, 2. akustischem Oberflächenwellen-Biosensor (SAW) und isothermer Titrationskalorimetrie (ITC) (zur Charakterisierung der Bindung (Assoziation und Dissoziation), 3. Laminares Flusssytem (zur Charakterisierung des Bindungsphänotyps), 4. AFM/Elektronen- und Immunfluoreszenzmikroskopie (zur Visualisierung der Interaktion), 5. Synthese von peptidbasierten Inhibitoren (iterative Verbesserung durch evolutionären Algorithmus), sollen die aufgestellten Hypothesen verifiziert werden.

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