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Identifizierung von dynamischen Strukturen während der Leberphase von Plasmodium

Rindte, Kerstin

English Title: Identification of dynamic processes during liver stage development of Plasmodium

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Abstract

Die Etablierung einer Infektion mit dem Malaria Parasiten Plasmodium findet in der Leber statt. Während dieser essentiellen aber klinisch stillen Entwicklung bildet Plasmodium Tausende von pathogenen Merozoiten aus einem einzigen invadierten Sporozoiten. In dieser Arbeit wurde die parasitophore Vakuolenmembran (PVM), die Pathogen/Wirts-Schnittstelle, durch die Generation eines Fusionsproteins von den Leberstadienspezifischen Proteinen UIS3 und UIS4 und des fluoreszenten mCherry Proteins visualisiert. UIS3 und UIS4 sitzen in der Membran der parasitophoren Vakuole, die eine Parasiten geschaffene Replikationsnische darstellt. Mit verschiedenen live cell imaging Analysen konnten bisher unbekannte dynamische Veränderungen in der PV enthüllt werden. In dieser Phase entwickelt sich der Parasit von intrazellularer Transformation über eine Wachstumsphase zu der Bildung der pathogenen Merozoiten. Nach dem Beginn der Parasiten Replikation ist die PV in der frühen Leberstadien-Entwicklung eine hoch-dynamische Struktur, die dicke Ausläufer Strukturen in das Wirtszellzytoplasma ausbildet und Vesikel-artige Strukturen sekretiert. Teilweise werden dünne Ausläufer ausgebildet, die weit ins Wirtszellzytoplasma hineinragen und hohe Geschwindigkeiten erreichen die für eine aktive Bewegung sprechen. Diese Ausläufer nehmen Kontakt mit dem Golgi-Apparat der Wirtszelle auf und spielen möglicherweise eine vitale Rolle bei der intrazellulären Parasiten Reifung. Durch subzellulare Auflösung mit Hilfe der Korrelations-Mikroskopie konnten die verschiedenen Ausläufer-Strukturen bestätigt werden und die dünnen Ausläufer als durchgängige membranöse Schläuche beschrieben werden. Während der späten Leberstadien-Entwicklung konnte die PV als statische Struktur beschrieben werden, die keine Strukturen ins Wirtszytoplasma ausbildet. Der Vergleich der Bildung der PV und der PVM-Ausläufer in verschiedenen Wirtszellen ergab deutliche Unterschiede je nach Eignung der Zelle für eine Plasmodium Entwicklung. Die Visualisierung der PVM in Mutanten mit einem Defekt in der Leberstadien-Entwicklung konnte ebenfalls mit den oben beschriebenen Fusionsproteinen durchgeführt werden. Dabei konnte gezeigt werden, dass die PVM sowie PVM-Ausläufer in der uis3(-) Mutante vergleichbar zu WT ausgebildet werden konnte. Dagegen liegt ein Defekt dieser Ausbildung in p36p(-)/p36(-) Parasiten vor.

Translation of abstract (English)

Establishment of an infection with the malaria parasite occurs in the liver. During this essential, yet clinically silent, expansion phase Plasmodium forms thousands of pathogenic merozoites from a single invaded sporozoite. In this study, we visualized the pathogen/host interface by fluorescent tagging of the liver-stage specific proteins UIS3 and UIS4 with the mCherry protein. UIS3 and UIS4 reside in the membrane of the parasitophorous vacuole(PV), a parasite-derived replication niche.Several live cell imaging techniques of infected cells revealed previously unrecognized dynamic changes of the PV as the parasite progresses from intracellular transformation and growth to formation of pathogenic merozoites. Upon initiation of parasite replication the PV is a highly dynamic structure. In the early liver stage development the PV forms primarily thick processes and secretes vesicle-like structures into the host cell. Highly dynamic processes transiently form at the PV and extend into distant regions of the host cell. The speed of these processes is very high (up to 2μm/sec) suggesting an active movement rather than passive diffusion. The processes contact the host cell golgi stacks and may play a vital role in parasite maturation. Subcellular resolution employing correlation microscopy confirmed the presence of the different types of protrusions originating from the parasite. The thin processes could be described as continuous membranous structures. During late liver stage development the PV could be described as a rather static structure that lost the abilitiy to built PVMprocesses. Considering the establishment of the PV and PV-processes in non-hepatic cell lines one could show clear differences dependent on the cell line. The visualization of the PV in mutant parasite lines which are affected in liver stage development was performed using the same fusion proteins. Here it was demonstrated that the uis3(-) mutant could built a normal PVM as well as PVM processes whereas the p36p(-)/p36(-) parasites showed a defect in the PVM building.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Lanzer, Prof. Dr. Michael
Date of thesis defense: 13. December 2010
Date Deposited: 11. Jan 2011 15:04
Date: 2010
Faculties / Institutes: Medizinische Fakultät Heidelberg > Hygiene-Institut
Subjects: 570 Life sciences
Controlled Keywords: Parasit, Plasmodium berghei, Zellkultur, Konfokale Mikroskopie, Mikroskopie, Immunfluoreszenz, Transfektion, Leberepithelzelle
Uncontrolled Keywords: Maus-Modell
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