Funktionelle Charakterisierung von PfSPM3 - Ein Mikrotubuli-assoziiertes Protein des Malaria Parasiten Plasmodium falciparum

• Antragsteller: Professor Dr. Tim-Wolf Gilberger
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 546727552

Der Malariaparasit hat einen komplexen Lebenszyklus entwickelt, der es ihm erlaubt zwischen seinem Hauptwirt - der Mücke - und seinen Nebenwirten - Wirbeltieren unterschiedlichster Gattungen - zu wechseln. Um die Infektion verschiedener Wirte zu ermöglichen, haben Malariaparasiten mehrere hochspezialisierte und morphologisch unterschiedliche Entwicklungsstadien entwickelt, die an die unterschiedlichen physiologischen Gegebenheiten in den verschiedenen Wirten und Geweben optimal angepasst sind. Diese erstaunliche Morphogenese dieses eukaryotischen Einzellers wird durch eine Reorganisation des Zytoskeletts angetrieben, wobei die artenspezifischen Unterschiede zwischen den über 200 Plasmodium-Arten als evolutive Antwort auf das ausgedehnte Wirtsspektrum dieser Gattung verstanden werden können. Ein interessantes Beispiel für die morphologische Variation zwischen den Arten ist das Entwicklungsstadium der Gametozyten im Wirbeltier. Gametozyten sind die im Blut zirkulierenden prä-sexuellen Stadien, die für die Malariaübertragung von essentieller Bedeutung sind. Sie werden bei der Blutmahlzeit der Mücke aufgenommen und ermöglichen die sexuelle Vermehrung des Erregers in der Mücke. Bei P. falciparum, dem biologischen Erreger der schwersten Form der Malaria beim Menschen, sind die reifen Gametozyten bananenförmig (falciform). Es wird angenommen, dass diese "falciforme" Morphologie die Migration von diesen Gametozyten aus dem Knochenmarkreservoir in den Blutkreislauf begünstigt. Wir haben kürzlich ein neues Mikrotubuli-assoziiertes Protein identifiziert und charakterisiert, das wir als sub-pellikuläres Mikrotubuli-Protein 3 (SPM3) bezeichnet haben, da es mit den Mikrotubuli, die unterhalb der Plasmamembran gelegen sind, assoziiert ist. Dieses bisher unbekannte Protein ist innerhalb der Gattung Plasmodium konserviert, fehlt aber in anderen Gattungen in der phylogenetischen Gruppe der Apicomplexa. Mit einer Reihe von reversen genetischen Ansätzen haben wir gezeigt, dass eine Defizienz an PfSPM3 in P. falciparum zu runden (und nicht bananenförmigen) Gametozyten und zu einem abweichenden Mikrotubuli-Muster während der Gametozytogenese führt. Zur weiteren Erforschung der Funktion dieses Proteins haben wir als Vorarbeit dieses Antrages i) einen BioID-Ansatz verwendet, um neue SPM3-assoziierte Proteine zu identifizieren, und ii) einen Kryo-EM-Ansatz etabliert, der es uns ermöglicht, die Architektur dieser Mikrotubuli in Gametozyten im Detail zu analysieren. Diese Vorarbeiten wollen wir im beantragten Projekt nun nutzen, um (1) in P. falciparum SPM3-defizienten Parasiten mit Hilfe von CryoEM die Auswirkungen auf die Zusammensetzung und intrazelluläre Position der Mikrotubuli zu untersuchen, (2) durch Komplementierung von SPM3 aus verschiedenen Plasmodien-Arten die Rolle von PfSPM3 für die "falciforme" Form von Gametozyten zu testen und (3) durch die Charakterisierung von PfSPM3 Interaktionspartner einen mechanistischen Einblick zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen