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A Genetic Approach towards Identification of Factors Affecting Quinine Accumulation in P. falciparum

Nurhasanah, Astutiati

German Title: Ein genetischer Ansatz zur Identifikation von Faktoren, welche die Chininakkumulation bei P. falciparum beeinflussen

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Abstract

Although PfCRT has been implicated as the main factor affecting chloroqune accumulation and resistance in Plasmodium falciparum, quinine accumulation and resistance have long been suspected to be affected by more than one genetic factor. Prior studies demonstrated that reduced quinine accumulation did not necessarily cause increased quinine resistance (Sanchez et al., 2008b), indicating that resistance and accumulation did not share all factors affecting them. In this study, the initial accumulation levels of radio-labelled quinine in the progeny set of the HB3 x Dd2 genetic cross were investigated and quantitative trait loci (QTL) analysis was performed based on these data. By measuring the initial quinine accumulation, a read-out defined by processes contributing to early quinine accumulation, such as facilitating, transporting or partitioning processes, would be obtained, thereby isolating these processes from the later events that cause cell death, such as inhibition of haem mineralisation or of some enzymatic function. The IC90 data of the same progeny set (Ferdig et al., 2004) were reanalysed and comparing the QTL analysis data obtained from quinine initial accumulation and IC90 levels allowed isolation of factors affecting only cell deaths from those that also affected drug transport. A novel locus in chromosome 7, B5M12, seems to have a major effect to both quinine accumulation and IC90. The locus acts synergistically with pfcrt. Two loci in chromosome 13, VAPA and C13M73, showed major effect on quinine IC90, but had no effect to the accumulation. Despite the prediction that the putative NA+/H+ exchanger (PfNHE) is involved in quinine resistance, the result revealed that the putative gene was not located within these two peaks. The Dd2 alleles of VAPA and C13M73 were associated with higher quinine IC90. The secondary scan showed the involvement of pfmdr1 in both quinine accumulation and IC90. Interestingly, the Dd2-type pfmdr1 contributes to an increase in the initial quinine accumulation, and, correspondingly, to an increase in the sensitivity to quinine (the IC90 being decreased).

Translation of abstract (German)

In Plasmodium falciparum gilt PfCRT seit langem als Hauptfaktor bei der Chloroquinakkumulation und –resistenz. Die Chininakkumulation und –resistenz scheint jedoch weit komplexer zu sein, und es wird vermutet, dass mehrere Faktoren hierbei eine Rolle spielen. Früherer Untersuchungen haben gezeigt, dass eine verminderte Chininakkumulation nicht zwingend mit einer höheren Resistenz einhergeht (Sanchez et al., 2008b), daher kann die Akkumulation von anderen Faktoren beeinflusst sein wie der Resistenz. In dieser Arbeit wurde die initiale Akkumulation von radioaktivem Chinin in den F1 Nachkommen oder den parentalen Stämmen HB3 und Dd2 untersucht und anschließend eine QTL-Analyse („quantitative trait loci analysis“) der Daten durchgeführt. Da die frühe Chininakkumulation bestimmt wurde, erhält man einen Einblick in Prozesse wie dem erleichternden Transport und Kompartimentierung. Dadurch konnte man diese Prozesse von späteren Ereignissen, die den Zelltod durch die Inhibition der Hämmineralisierung oder anderer enymatischer Prozesse, trennen. IC90 Daten (Ferdig et al., 2004) der Stämme der selben Kreuzung wurden erneut analysiert und mit der QTL-Analyse der initialen Chininakkumulation verglichen. Hierbei konnten Faktoren, die den Zelltod beeinflussen von Faktoren die die frühe Akkumulation beeinträchtigen, separiert werden. Ein neuer Lokus auf Chromosom 7, B5M12, schien die Chininakkumulation und den IC90 zu beeinflussen. Dieser Lokus interagierte synergistisch mit pfcrt. Zwei Loki auf Chromosom 13, VAPA und C13M73, hatten einen bedeutenden Effekt auf den Chinin IC90 aber keinen Effekt auf die Akkumulation. Frühere Untersuchungen zeigten einen möglichen Einfluss des Na+/H+ Austauschers (PfNHE) auf den IC90, allerdings konnte die Lokalisation dieses Gens auf dem Chromosom nicht im Maximum nachgewiesen werden und besaß demnach nicht den höchsten „LOD-Score“. Das Dd2 Allel von VAPA und C13M73 wurde mit erhöhtem Chinin IC90 in Verbindung gebracht. In einem zweiten Scan, ohne Berücksichtigung von pfcrt, konnte ein Einfluss von pfmdr1 auf die Akkumulation sowie auf den IC90 nachgewiesen werden. Interessanterweise führte pfmdr1 von Dd2 zu einer erhöhten initialen Chininakkumulation und führte außerdem zu einer erhöhten Chininsensitivität, d.h. zu einem verringerten IC90 Wert.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Lanzer, Prof. Dr. Michael
Date of thesis defense: 13 May 2009
Date Deposited: 19 May 2009 11:44
Date: 2009
Faculties / Institutes: Medizinische Fakultät Mannheim > Institut für Hygiene und Medizinische Mikrobiologie
Subjects: 570 Life sciences
Uncontrolled Keywords: malaria , chinin , chininakkumulation , falciparum , QTLmalaria , quinine , quinine accumulation , falciparum , QTL
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