Zelluläre Integration und Kernkontrolle über bakterielle Endosymbionten in Parasiten der Trypanosomatiden-Unterfamilie Strigomonadinae

• Antragstellerin: Professorin Dr. Eva C.M. Nowack
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 558157353

Die Strigomonadinae sind eine Unterfamilie der Trypanosomatiden, die als Parasiten im Verdauungstrakt von Insekten leben. Alle Mitglieder der Unterfamilie enthalten einen beta-proteobakteriellen Endosymbionten, der den Wirt mit verschiedenen Metaboliten versorgt. Interessanterweise liegt pro Parasitenzelle ein einziger Symbiont vor und Zellzyklus von Wirt und Symbiont sind eng synchronisiert. Um die molekularen Mechanismen zu verstehen, die diesem bemerkenswerten Grad zellulärer Integration zugrunde liegen, haben wir Protokolle für Angomonas deanei (Strigomonadinae) entwickelt, die gezielte Gendeletionen, Knock-downs und Transgenexpression ermöglichen. Außerdem haben wir per Massenspektrometrie 7 Wirtsproteine identifiziert, die am Endosymbionten lokalisieren, drei davon spezifisch an seiner Teilungsstelle. Für ein solches Teilungsstellen-Protein, das Dynamin-ähnliche Protein ETP9, konnten wir eine essentielle Rolle bei der Teilung des Endosymbionten zeigen, der essentielle bakterielle Teilungsgene verloren hat, jedoch noch einen Teilungsring aus dem bakteriellen Protein FtsZ ausbildet. Unsere Arbeit hat also eine Endosymbionten-Teilungsmaschinerie dualen genetischen Ursprungs aufgedeckt, bei der ein neofunktionalisiertes Wirtsprotein offenbar den Verlust bakterieller Teilungsgene kompensiert. Die Komplexität dieser Teilungsmaschinerie, die Funktionen anderer beteiligter Proteine und deren Konservierung innerhalb der Strigomonadinae sind jedoch unbekannt. Die hier vorgeschlagene Arbeit ist in zwei Pakete (WPs) unterteilt. Ziel von WP1 ist es, alle kerncodierten Proteine zu identifizieren, die an der Teilung des Endosymbionten in A. deanei beteiligt sind, ihre biologischen Funktionen aufzuklären und zu testen, ob Endosymbionten sich zwischen Strigomonadinae-Arten austauschen lassen und in einer orthogonalen Wirtszelle teilungsfähig bleiben. Ziel von WP2 ist es, systematisch die Rekalibrierung des Sets kerncodierter Proteine durch die Ausbildung einer Endosymbiose zu charakterisieren. Dazu nutzt WP2 die wachsende Menge genomischer Daten für die Strigomonadinae und ihrer Symbionten-freien Verwandten, die alle kompakte Kerngenome (~30 Mbp) besitzen. Durch eine Kombination aus vergleichender Genomik, Proteomik und zellbiologischen Ansätzen wird in WP2 ein Strigomonadinae-weiter Katalog von Wirtsproteinen erstellt, die an der symbiontischen Interaktion beteiligt sind, deren Herkunft, Zeitpunkt des Erwerbs, Konservierung innerhalb der Strigomonadinae untersucht und die biologischen Prozesse bestimmt, an denen sie beteiligt sind. Die erzielten Ergebnisse werden ein Meilenstein für unser Verständnis der Zellbiologie von Endosymbiosen darstellen, indem sie Einblicke in die molekularen Werkzeuge liefern, die eine eukaryotische Zelle zur Steuerung eines bakteriellen Endosymbionten nutzen kann, zur Aufklärung des Übergangs von Endosymbiont zu Organell beitragen und eine molekulare Blaupause für die zukünftige Entwicklung synthetischer Endosymbiosen liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Kooperationspartner: Professor Dr. Julius Lukes; Professor Vyacheslav Yurchenko, Ph.D.