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Molekulare Mechanismen der Plasmodium-Anopheles Interaktionen

Steinbüchel, Marion

English Title: Molecular mechanisms of Plasmodium-Anopheles interactions

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PDF, German
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Abstract

Im Rahmen der Dissertationsarbeit wurden drei Projekte verfolgt, die sich mit den molekularen Mechanismen der Plasmodium-Anopheles Interaktionen beschäftigen. 1. Die melanotische Einkapselung von Plasmodium-Parasiten im Mitteldarm der Anopheles gambiae Mücke stellt eine effiziente Immunantwort dar, die den Lebenszyklus des Malaria-Erregers unterbrechen kann. Die Prophenoloxidasen (PPOs) gelten als Schlüsselenzyme dieser Reaktion. Eine funktionelle Charakterisierung der neun PPOs von An. gambiae erfolgte durch die gezielte Herunterregulierung der Gene mittels RNA-Interferenz in der adulten Mücke, verbunden mit anschließenden Infektionsexperimenten. Für sechs PPO-Gene konnte unter bestimmten Knockdown-Voraussetzungen eine deutliche Reduktion der melanisierten Parasiten nachgewiesen werden. Interessanterweise hatte das gene-silencing in suszeptiblen und refraktären Mücken unterschiedliche Auswirkungen. Während der Rückgang der melanisierten Parasiten beim G3/dsCTL-MA2 gleichzeitig in einer steigenden Anzahl lebender Oozysten resultierte, führte die Reduktion der eingekapselten Plasmodien im refraktären L3-5 Stamm dagegen zu keiner erhöhten Überlebensrate. 2. Die Invasion der Plasmodium-Sporozoiten in die Speicheldrüse der Mücke ist entscheidend für die Übertragung auf den Säugetierwirt. Da Sporozoiten präferentiell die beiden lateralen Lappen der Speicheldrüsen und erst dann den medialen Lappen invadieren, wurde mittels subtraktiver cDNA-Hybridisierung eine lateral-spezifische cDNA-Bibliothek erstellt, um potentielle Speicheldrüsen-Rezeptoren zu identifizieren. Als mögliche Kandidaten wurden die Gene SGS4 und 5 der SGS-Familie von An. gambiae beschrieben. 3. Sporozoiten sind die einzigen Stadien innerhalb des Plasmodium-Lebenszyklus, die in der Lage sind, zwei vollkommen unterschiedliche Organe zu invadieren – die Speicheldrüse der Mücke und die Leber des Säugetiers. Im dritten Teil der Arbeit stand die molekulare und funktionelle Charakterisierung des Sporozoiten-spezifischen UOS3 Gens von Plasmodium berghei im Mittelpunkt. Genetische Deletionsstudien haben gezeigt, dass UOS3 essentiell für die gliding motility und Zellinvasion der Sporozoiten in die Speicheldrüsen der Mücke und Hepatozyten des Säugetiers ist. Damit konnte erstmals neben dem Invasin TRAP ein weiteres Parasiten-Gen beschrieben werden, das zentrale Sporozoiten-Funktionen vermittelt.

Translation of abstract (English)

Three projects are presented in this PhD thesis, which focus on the molecular interactions between the Plasmodium berghei parasite and it´s vector Anopheles gambiae. 1. The melanotic encapsulation of Plasmodium parasites in the midgut of Anopheles gambiae mosquitoes is a powerful immune response, which can interrupt the life cycle of the malaria parasite. Prophenoloxidases (PPOs) are considered as key enzymes of this melanization reaction. Nine PPO genes in An. gambiae are known and were functionally characterized by RNA-interference. For six of these nine PPOs the knockdowns resulted in a distinct reduction of melanized parasites under certain conditions. Interestingly the gene-silencing had different effects on susceptebility and refractoriness of mosquitoes. The decline of melanized parasites resulted in an increasing number of living oocysts in G3/dsCTL-MA2, whereas in L3-5 no change in parasite survival has been observed. 2. The invasion of Plasmodium sporozoites into mosquito salivary glands is essential for parasite transmission. Sporozoites preferentially invade the lateral lobes of the salivary glands first, before invading the medial lobe. Therefore a suppression substractive hybridization (SSH) approach was used, to screen for possible salivary gland receptors. SGS4 and 5 from the An. gambiae SGS-family were identified as potential candidate genes. 3. Sporozoites are the only stages of the Plasmodium life cycle that have the capacity to invade two entirely different host organs, the mosquito salivary gland and the mammalian liver. The last part of my thesis focused on the molecular and functional characterization of the sporozoite-specific UOS3 gene from the rodent malaria parasite Plasmodium berghei. Gene targeting revealed that UOS3 plays a critical role for the infection of mosquito salivary glands and the rat liver on the one hand and for the sporozoite´s gliding motility on the other hand. Therefore UOS3 represents together with TRAP another important sporozoite-specific gene, that acts in life cycle progression of the malaria transmission stage.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Müller, Dr. Hans-Michael, PD
Date of thesis defense: 26. September 2006
Date Deposited: 10. Oct 2006 11:59
Date: 2006
Faculties / Institutes: Medizinische Fakultät Heidelberg > Hygiene-Institut
Subjects: 570 Life sciences
Controlled Keywords: Anopheles gambiae, Plasmodium berghei
Uncontrolled Keywords: angeborene Immunabwehr , Melanisierung , Prophenoloxidasen , Speicheldrüseninvasion , SGS-Familie , UOS3 , gliding motilityinnate immunity , melanization , prophenoloxidases , salivary glands , SGS-family , UOS3 gliding motility
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