Charakterisierung der essenziellen Chromatin Remodeling Maschine pfSnf2L von Plasmodium falciparum

• Antragsteller: Professor Dr. Gernot M. Längst; Professor Dr. Markus Meißner
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 534335380

Der Malaria verursachende Parasit Plasmodium falciparum (Pf) ist ein einzelliger Eukaryot mit einem komplexen Lebenszyklus zwischen menschlichem Wirt und der Mücke als Vektor. Jede Phase des Lebenszyklus ist durch ein spezifisches Transkriptionsprofil gekennzeichnet, welches auf einen komplexen Mechanismus der Transkriptionsregulation hindeutet. Der Parasit ist einzigartig, mit seinem AT-reichem Genom (>80%), den am stärksten veränderten Histonpotein-Sequenzen innerhalb der Eukaryoten, reduzierter Nukleosomen-Stabilität, einem globalen Verlust an spezifischer Nukleosomen-Positionierung in vivo und einer 10-fach verringerten Anzahl von Transkriptionsfaktoren im Vergleich zu Organismen ähnlicher Komplexität. Aufgrund dieser Faktoren ist unklar, wie das streng regulierte Genexpressionsprofil während der Entwicklung des Parasiten gesteuert wird. Es wird vermutet, dass die Regulation der Genexpressions-Kaskade zusätzlich von epigenetischen Mechanismen und Chromatinstruktur Veränderungen, wie die Repositionierung von Nukleosomen bestimmt wird. Im Gegensatz zu anderen Eukaryoten hat Pf eine geringere Anzahl von Chromatin Remodeling Enzymen, die nicht-redundant verschiedenen Protein-Familien angehören. Dieser Umstand ermöglicht es, die Funktion spezifischer Chromatin-Remodeller in der Zelle durch induktive Knockout-Systeme zu untersuchen. Wir wählten das ISWI-Typ Enzym pfSnf2L, stellten eine induzierbare Knockout-Parasitenzelllinie her und konnten zeigen, dass pfSnf2L ein essenzielles Enzym des Parasiten ist. Der Knockout von pfSnf2L führte zu Parasiten, die nicht in der Lage waren, die Erythrozyten zu verlassen und keine Neu-Infektionen veranlassten. Im Einklang mit dem beobachteten Phänotyp, zeigte die Genexpressions-Analyse in Abwesenheit von pfSnf2L, dass Exportom-Gene nicht zeitgerecht, in der entsprechenden Phase des intraerythrozytischen Zykluses aktiviert werden konnten. Dieser spezifische Phänotyp ermöglicht es uns, die Auswirkungen von pfSnf2L auf Chromatin-Struktur und Gen-Regulierung während des Erythrozyten-Lebenszyklus von Pf zu untersuchen. Die Arbeit kombiniert die in vivo Untersuchungen mit der funktionellen Charakterisierung des rekombinanten pfSnf2L-Enzyms, um ein mechanistisches Bild der zellulären Chromatin-Veränderungen zu erhalten. Unser Ziel ist es, den Mechanismus der Chromatin-Dynamik, dessen Rolle in der Genregulation und den beobachteten phänotypischen Veränderungen von Plasmodium falciparum zu bestimmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen