German Title: Coronin reguliert motilität in malaria-parasiten

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Abstract

Coronins are actin-binding proteins that regulate many cellular processes including cell migration in a diverse range of cells from Dictyostelium to neurons. Malaria parasites need to migrate in order to penetrate tissue barriers and enter host cells. Here I show that Plasmodium berghei coronin is an important regulator of gliding motility in sporozoites, the highly motile life cycle forms of the parasite that are transmitted by mosquitoes to the rodent host. Using in situ tagging coronin was found to localize to the periphery of sporozoites, where an actin-myosin motor propels the parasite. During sporozoite activation through external ligands, which triggers intracellular calcium release and coronin binding to actin, coronin relocalizes to the rear end of the parasite; there cAMP-protein kinase A pathway is essential for depolymerization of F-actin. I suggest that calcium and cAMP mediated signaling are linked such that calcium dominated signaling operates during motility, while cAMP dominated signaling operates during the hepatocyte invasion. Ablation of the actin binding sites of endogenous coronin leads to defects in sporozoite motility similar to coronin(-). However, unlike coronin(-), which develops smaller liver stages, the actin-binding mutants do not exhibit this liver stage developmental defect suggesting an actin-independent function of coronin. Motility and developmental defects exhibited by coronin(-) are partially complemented by Pf-coronin which displays 57% identity with the P. berghei protein and has experimentally been shown to bundle actin filaments. Finally, the overexpression of coronin is not deleterious to growth and development of P. berghei, unlike the overexpression defect exhibited by yeast coronin. This benefits the study of ookinete motility as the overexpression of fluorescent coronin aids in probing the presence of actin filaments.

Translation of abstract (German)

Coronine sind Aktin-bindende Proteine und regulieren eine Vielzahl an zellulären Prozessen einschließlich der Zellmigration diverser Zellen von Dictyostelium bis hin zu Neuronen. Malaria-Parasiten müssen sich bewegen, um in Gewebe eindringen und Wirtszellen infizieren zu können. In der vorliegenden Arbeit zeige ich, dass Plasmodium berghei Coronin ein wichtiger Regulator der gleitenden Bewegung von Sporozoiten ist. Sporozoiten stellen die motilen Lebensformen des Erregers dar und werden von Moskitos an den Nagetierwirt übertragen. Mit Hilfe von in situ Fluoreszenzmarkierung konnte Coronin an der Peripherie der Sporozoiten lokalisiert werden. Dort liegt zwischen der Plasmamembran und dem inneren Membrankomplex der Aktin-Myosin Motor verankert, welcher die Parasiten vorwärts treibt. Sporozoiten können mittels externer Liganden aktiviert werden. Diese lösen eine intrazelluläre Freisetzung von Kalzium und eine Bindung von Coronin an Aktin aus. Interessanterweise, relokalisiert Coronin nach Aktivierung der Sporozoiten von der kompletten Peripherie an das hintere Ende des Parasiten. Hier findet der cAMP-Protein Kinase A-Signalweg statt, welcher eine essentielle Funktion in der Depolymerisation von F-Aktin besitzt. Dies lässt darauf schließen, dass Kalzium- und cAMP-gesteuerte Signalwege miteinander verbunden sind, wobei die Kalzium-abhängigen Signalwege hauptsächlich während der Parasitenbewegung agieren, während cAMP-Signalwege bei der Hepatozyteninvasion eine größere Rolle spielen. Die Mutation der Aktin-Bindestellen im endogenen Coronin führt zu ähnlichen Defekten bei der Sporozoitenbewegung wie bei der kompletten Deletion von Coronin. Im Gegensatz zu coronin (- ) Sporozoiten, welche kleinere Leberstadien entwickeln, zeigen Sprozozoiten mit Mutationen in der Aktinbindestelle von Coronin keinen Defekt in der Leberstadienentwicklung. Dies deutet auf eine Aktin-unabhängige Funktion von Coronin für diese Entwicklungsphase hin. Die Bewegungs- und Entwicklungsdefekte, welche durch eine Deletion von Coronin auftreten, können mit Plasmodium falciparum Coronin komplementiert werden. Dieses weist eine 57 prozentige Ähnlichkeit mit PbCoronin auf und es konnte experimentell gezeigt werden, dass Pf- Coronin Aktinfilamente bündelt. Abschließend ist zu sagen, dass eine Überexpression von Coronin weder das Wachstum noch die Entwicklung von P. berghei nachteilig beeinflussen, was im Kontrast zu Überexpressionsdefekten von Coronin in Hefe steht. Dies ist hilfreich, da die Überexpression von fluoreszent-gelabeltem Coronin in Ookineten verwendet werden kann um die Anwesenheit von Aktinfilamenten zu erforschen.