Plasmodium SNARE-Proteine in Exonementladung und Merozoitenaustritt

• Antragsteller: Dr. Joachim Michael Matz
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531646514

Malaria wird durch einzellige Parasiten der Gattung Plasmodium verursacht, welche wiederholt in Erythrozyten eindringen und diese zerstören. Während der Invasion heftet sich ein extrazellulärer Plasmodium Merozoit an die Wirtszelle und drückt sich aktiv in einen wachsenden Membransack, der sich schlussendlich von der Wirtszelloberfläche löst. In dieser sogenannten parasitophoren Vakuole (PV) wächst der Parasit heran, bis durch Zellteilung neue Tochtermerozoiten entstehen. In einem Prozess, der Parasitenegress genannt wird, lysieren die Merozoiten die beiden umgebenden Membranen der PV und der Wirtszelle, um daraufhin einen neuen Infektionszyklus zu initiieren. Dieser Austrittsmechanismus ist als parasitenspezifische Anpassung ein validierter Ansatzpunkt für die chemotherapeutische Behandlung der Malaria. Während des Parasitenegress entladen die Merozoiten spezialisierte sekretorische Organellen, die sogenannten Exoneme. Dies führt zur Freisetzung regulatorischer Proteasen, welche in der PV eine proteolytische Kaskade in Gang setzen und dadurch die Zerstörung der Wirtszelle herbeiführen. Somit stellt die Exonementladung eine zentrale Schnittstelle zwischen intraparasitärer Signalgebung und extraparasitärer Lysismaschinerie dar. Dennoch ist bislang nichts über die molekularen Mechanismen bekannt, welche die Fusion der Exoneme mit der Parasitenplasmamembran (PPM) herbeiführen. In eukaryotischen Organismen, werden derartige Fusionsprozesse hauptsächlich durch sogenannte SNARE (soluble N-ethylmaleimide-sensitive-factor attachment receptor)-Proteine realisiert. Das Genom von Plasmodium falciparum, dem tödlichsten humanen Malariaerreger, codiert 25 SNARE-Proteine, wovon zwei, SNARE 1 und SNARE 20 genannt, die Voraussetzungen für eine Regulation der Exonemfusion erfüllen: (a) sie sind essentiell für das Überleben der Parasiten im Blut, (b) sie lokalisieren zur PPM, und (c) ihre Expression ist stark hochreguliert in den späten Stadien der Schizogonie. Es ist das übergeordnete Ziel der Untersuchungen, die molekularen Funktionen von SNARE 1 und SNARE 20 in der Exonementladung und im Parasitenegress zu charakterisieren. Unter Zuhilfenahme experimentalgenetischer, mikroskopischer und biochemischer Methoden sollen dabei sechs Ziele erreicht werden: (1) konditionelle SNARE1/20 Deletionsmutanten zu erzeugen und zu validieren, (2) zu analysieren, ob und wie die Deletion von SNARE1/20 den Parasitenegress beeinflusst, (3) den Einfluss von SNARE1/20 auf die sequentielle Membrandekonstruktion zu untersuchen, (4) die Exonementladung in SNARE1/20-defizienten und Kontrollparasiten zu vergleichen, (5) den Mechanismus von SNARE1/20 in der Membranfusion zu validieren und (6) alternative sekretorische Prozesse in Abhängigkeit von SNARE1/20 zu untersuchen. Diese Studien haben das Potenzial, unser Verständnis der molekularen Mechanismen des Wirtszellwechsels im Malariaparasiten signifikant zu erweitern.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2225: Wirtszellaustritt intrazellulärer Pathogene