Die Auflösung des einzigartigen Mechanismus der Endozytose von Giardia lamblia

• Antragsteller: Jan Kosinski, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Bioinformatik und Theoretische Biologie ; Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 534243231

Giardia lamblia infiziert jährlich Millionen von Menschen durch kontaminiertes Wasser und Nahrung und führt zu Symptomen wie Durchfall, Bauchschmerzen, Müdigkeit und Gewichtsverlust. Medikamente gegen Giardia wirken nur gegen einige Infektionen und haben substanzielle Nebenwirkungen - da Giardia und Menschen beide zur Familie der Eukaryoten zählen und eine ähnliche molekulare Maschinerie besitzen, ist es schwierig Giardia spezifische Medikamente zu entwickeln. Allerdings gibt es einen substanziellen Unterschied zwischen Giardia und dem Menschen: Endozytose, der Prozess über den eukaryotische Zellen Nährstoffe und andere Moleküle aus der Umgebung aufnehmen. Nach jetzigem Wissenstand, hat Giardia im Gegensatz zu anderen Eukaryoten keine Clathrin ummantelnten Vesikel, die Substanzen von der Zellperipherie tiefer ins Innere der Zelle befördern. Stattdessen benutzt Giardia sogenannte periphere Vakuolen – große, unbewegliche Organellen direkt unter der Plasmamembran. Wir haben Giardia Zellen mittels modernster Kryo-Elektronen Tomographie (Kryo-ET) analysiert, um zu verstehen wie Giardia Endozytose im Detail funktioniert. Überraschenderweise fanden wir Vesikel, deren Größe und Aussehen Clathrin überzogenen Vesikeln im Menschen und anderen Organismen ähneln. Mithilfe von AlphaFold2, ein KI-Program zur Vorhersage von Proteinstrukturen, fanden wir außerdem heraus, dass Endozytoseproteine in Giardia tatsächlich Komplexe für die Herstellung von Vesikelhüllen bilden können. Diese vorläufigen Beobachtungen suggerieren, dass Clathrin überzogene Vesikel am Ende doch in der Endozytose von Giardia involviert sind. In diesem Projekt werden wir unserer überraschenden Entdeckung folgen und den tatsächlichen Mechanismus der Endozytose in Giardia auflösen. Wir wollen bestätigen, welche dieser Vesikel tatsächlich von Clathrin und anderen Hüllentypen ummantelt sind, die Reihenfolge der in Kryo-ET-Tomogrammen beobachteten Ereignisse nachvollziehen und die Rolle spezifischer Endozytoseproteine aufdecken. Um diese Ziele zu erreichen, werden wir Zeit-Aufgelöste Kryo-ET, strukturelle Modellierung, und zellbiologische Techniken inklusive CRISPR/Cas9 anwenden. Das resultierende molekulare, strukturelle, und mechanistische Wissen über Giardia Endozytose bildet eine solide, evidenzbasierte Plattform, um neue Behandlungen gegen die Infektion zu entwickeln, die spezifisch auf Giardias Endozytoseappart wirken, oder diesen als Transporter für Medikamente nutzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen