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Charakterisierung von Phosphatidylinositol-metabolisierenden Enzymen in Plasmodium falciparum

Krüger, Tim

English Title: Characterization of Phosphatidylinositol-metabolizing enzymes in Plasmodium falciparum

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PDF, German
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Abstract

Der einzellige Parasit Plasmodium falciparum aus der Familie der Apicomplexa ist für etwa 95% der Malaria-bedingten Todesfälle weltweit verantwortlich. Betroffen sind vor allem Gebiete im Afrika südlich der Sahara. Auch über hundert Jahre nach der Identifizierung des Erregers existiert noch kein effektives Vakzin und die zunehmende Verbreitung resistenter Parasiten, gegen die gebräuchliche Chemotherapeutika unwirksam geworden sind, stellen zusätzliche Herausforderungen in der Bekämpfung der Malaria dar. Die durch P. falciparum verursachte schwere Verlaufsform der Malaria tropica liegt in der Fähigkeit begründet, über den infizierten Erythrozyten an Endothelzellen von Kapillaren adhärieren zu können und so dem wirtseigenen Immunsystem zu entkommen. Da Erythrozyten als terminal differenzierte Zellen über keinerlei Organellen, eine Lipid- oder Proteinbiosynthesemaschinerie verfügen, muss der Parasit ein eigenes Netwerk aufbauen, um Proteine und Lipide an die Oberfläche der infizierten Wirtszelle transportieren zu können. Verschiedene Studien konnten zeigen, dass Phosphatidylinositole gemäß eines neuen regulatorischen Paradigmas neben ihrer Funktion als Sekundärbotenstoff auch an der Kontrolle verschiedenster Signaltransduktionen sowie an Proteintransportmechanismen beteiligt sind. Dieser Prozess erfolgt durch die Rekrutierung regulatorischer Proteine an Signalkomplexe in Zellmembranen. In der vorliegenden Arbeit konnte zum ersten Mal eine Phosphatidylinositol 4-Kinase aus Plasmodium falciparum funktionell charakterisiert werden. Dabei handelt es sich um ein etwa 183 kDa großes Protein, dass im Zytosol des Parasiten lokalisiert werden konnte. Als sogenannte Minigene exprimierte Fragmente des Proteins, einschließlich der hochkonservierten C-terminalen, katalytischen Domäne, waren ausreichend für die Komplementation des temperatursensitiven Pik1pts-Stammes von S. cerevisiae. Damit konnte durch in vivo-Analyse die Phosphatidylinositol 4-Kinase-Aktivität des annotierten Proteins nachgewiesen werden. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass das Gen sowohl in P. falciparum, als auch das Ortholog in P. berghei essenziell für die Entwicklung im asexuellen Erythrozytenstadium ist. Eine antagonistische Phosphatase, Pf-Sjl, wurde teilweise charakterisiert. So konnte ein Antikörper generiert werden, der in Immuno Fluorescence Assays genutzt wurde, um ebenfalls eine zytosolische Lokalisierung von Pf-Sjl nachzuweisen. Weiterhin scheint Pf-Sjl auch essenziell für das Überleben von P. falciparum und P. berghei während der intraerythrozytären Stadien zu sein.

Translation of abstract (English)

The unicellular apicomplexan parasite Plasmodium falciparum is the causative agent of the majority (> 95%) of malaria-induced deaths worldwide with areas in sub-Saharan Africa being affected the hardest. Although the pathogen has already been discovered one hundred years ago, still no effective vaccine exisits and the increased spreading of parasites displaying resistencies against the most common anti-malarial chemotherapeutics draws back the attempts to fight malaria. In P. falciparum-induced malaria tropica, the most severe form of the disease, the parasite is able to adhere through the infected erythrocyte to capillary’s endothelial cells and to thereby evade the host’s splenic clearance mechanism. Since erythroctyes are terminally differentiated cells which contain neither organelles nor a protein- and lipid biosynthesis machinery, the parasite has to establish its own infrastructure inside the red blood cell to traffic proteins to the host cell’s surface. Recent studies have outlined a new regulatory paradigm, in which phosphoinositides are involved in the control of a variety of cellular trafficking and signalling processes by recruiting regulatory proteins to signalling complexes organized in cellular membranes. For the first time, a phosphatidylinositol 4-kinase from Plasmodium falciparum could be characterised functionally in this work. The approximately 183 kDa protein could be localised to the parasite’s cytosol. Fragments of the protein including the highly conserved C-terminal catalytic domain were expressed as so-called minigenes in the temperature-sensitive yeast strain Pik1pts and were sufficient to restore the wild-type phenotype. This in vivo-analysis proved the annotated phosphatidylinositol 4-kinase activity. Furthermore, it could be shown that the gene is essential for development in the asexual erythrocytic phase in P. faclciparum and in P. berghei. An antagonistic phosphatase, Pf-Sjl, was partially characterised. Generation of a polyclonal antibody allowed for the cytoslic localisation of Pf-Sjl in immuno fluorescence assays. Furthermore, Pf-Sjl also seems to be essential for development and survival of P. falciparum and P. berghei asexual erythrocytic stages.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Lanzer, Prof. Michael
Date of thesis defense: 11 April 2008
Date Deposited: 03 Jul 2008 09:50
Date: 2008
Faculties / Institutes: Medizinische Fakultät Heidelberg > Hygiene-Institut
Subjects: 570 Life sciences
Controlled Keywords: Malaria, Plasmodium falciparum, Phosphatidylinositolmetabolismus
Uncontrolled Keywords: Malaria , Plasmodium falciparum , Phosphatidylinositolmetabolism
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