Strukturelle und funktionelle Untersuchungen zu Transportzyklus und Substratspezifität des Chloroquin-Resistenztransporters PfCRT von Plasmodium falciparum

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Michael Lanzer; Professorin Dr. Rebecca Wade
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 549643468

Der Plasmodium falciparum Chloroquine Resistance Transporter (PfCRT) gehört zur Familie der Wirkstoff-/Metabolit-Transporter und zeigt Homologien zu mitochondrialen Thioltransportern von Arabidopsis thaliana. PfCRT spielt eine zentrale Rolle in der Physiologie und Pathophysiologie des menschlichen Malariaparasiten. Während der intra-erythrozytären Wachstumsphase verdaut der Parasit Hämoglobin und andere Proteine der infizierten roten Blutzelle in seiner Nahrungsvakuole. Die dabei entstehenden Oligopeptide werden von PfCRT in das Zytoplasma transportiert, wo sie in die Stoffwechselkreisläufe eingehen. Darüber hinaus vermittelt PfCRT nach dem Erwerb mehrerer Polymorphismen Resistenz gegen Chinolin und chinolinähnliche Malariamedikamente, indem es diese aus der Nahrungsvakuole, ihrem Zielort, heraustransportiert. Obwohl in den letzten Jahren Fortschritte beim Verständnis der Substratspezifität von PfCRT gemacht wurden, sind die mechanistischen Details des Transportprozesses noch immer unklar. Insbesondere ist der Mechanismus, der es PfCRT ermöglicht, zwischen Substraten und Nichtsubstraten zu unterscheiden sowie ihre Passage durch den Kanal kaum verstanden. Bisherige Daten legen nahe, dass PfCRT über ein alternierendes Zugangsmodell arbeitet, bei dem der Substrattransport im Symport mit Protonen durch Konformationswechsel zwischen verschiedenen Zuständen (offen zur Vakuole, geschlossen und offen zum Zytoplasma) erfolgt. Experimentelle Nachweise stützen jedoch bisher nur die Konformation, die zur Vakuole hin offen ist. Das Ziel der vorgeschlagenen Studie ist es, die Konformationsdynamik, die dem Transportzyklus von PfCRT zugrunde liegt, aufzuklären, die von verschiedenen Substraten eingeschlagenen Routen zu beschreiben und Veränderungen im Protonierungszustand titrierbarer Reste während des Transportprozesses zu untersuchen. Darüber hinaus möchten wir herausfinden, wie PfCRT die Protonentranslokation mit dem Ligandentransport koordiniert. Auch möchten wir die Auswirkungen von PfCRT-Mutationen auf den Medikamententransport untersuchen. Wir werden diese Fragen mit Hilfe eines breiten Spektrums komplementärer Methoden beantworten. Dies schließt die folgenden experimentellen Strategien ein: ortsspezifische Mutagenese, funktionelle Expression von PfCRT-Varianten in Xenopus laevis-Oozyten, Transportstudien mit verschiedenen Substraten, Molekulardynamiksimulationen unter Einbeziehung konventioneller und verbesserter Probenahmeverfahren und Methoden des maschinellen Lernens. Das Ziel der Studien ist es, das Verständnis von PfCRT sowohl auf molekularer als auch auf mechanistischer Ebene zu vertiefen und damit Weg für innovative Strategien in der Malariabehandlung und Arzneimittelentwicklung zu eröffnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen