English Title: Synthesis of major surface protein MSP-1 from Plasmodium falciparum in Toxoplasma gondii: structural and functional studies

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Abstract

Das Hauptoberflächenprotein 1 (MSP-1) der Merozoiten von Plasmodium ssp. wird aus einer Reihe von Gründen als der führende Kandidat für die Entwicklung eines Mehrkomponentenimpfstoffes gegen Malaria angesehen. Das Protein ist hoch immunogen und eine Korrelation zwischen MSP-1 spezifischem Antikörpertiter und schützender Immunantwort konnte sowohl bei einer natürlichen Infektion als auch in Immunisierungsversuchen in Tiermodellen mehrfach nachgewiesen werden. Obwohl seine Funktion in vivo noch unklar ist, deuten einige Hinweise auf seine mögliche Rolle bei der Erkennung und/oder Invasion von Erythrozyten durch die Merozoiten hin. Unserer Arbeitsgruppe ist es erstmals gelungen, eine synthetische Kodierungssequenz des msp-1f Gens (vom K1-Prototyp) in E. coli stabil zu klonieren und das rekombinante MSP-1 Protein in seiner gesamten Länge sowohl in prokaryotischen als auch eukaryotischen Expressionssystem herzustellen. Damit wurde die Grundlage für Immunisierungsexperimente mit rekombinantem MSP-1-Material geschaffen, das die vollständige Sequenz des 190kD großen Proteins beinhaltet. In der vorliegender Arbeit habe ich Toxoplasma gondii, einen nahen Verwandten von Plasmodium falciparum, für die Produktion des rekombinanten MSP-1 verwendet. Hauptsächlich habe ich mich mit folgenden Projekten beschäftigt: (i). der Entstehung der MSP-1 induzierten, humoralen Immunantwort, bzw. der Schutzwirkung eines rekombinanten MSP-1 in einem Tiermodell und (ii). der potentiellen Funktion des Proteins in vivo, während der Invasion von Erythrozyten.

Translation of abstract (English)

Major Surface Protein MSP-1 of the merozoites stages of Plasmodium ssp. is the leading candidate for develoment of a multi-stage, multi-component vaccine against malaria. This protein is highly immunogenic in humans and numerous studies suggest that this antigen is an effective target for a protective immune response. Although its function is unknown, there are indications that it may play a role during invasion of erythrocytes by merozoites. Chemical synthesis of a redesigned coding sequence of MSP-1 adjusted for human codon preferences enabled us for the first time to produce the full-length MSP-1 protein in heterologous expression systems. In this work I describe the expression of the synthetic MSP-1 coding sequence in Toxoplasma gondii, a parasite closely related to Plasmodium falciparum. I concentrated on two main objectives: (i). the development of a MSP-1 induced humoral immunne response and its protective potential in disease states (ii). the possible role of MSP-1 in early stages of parasite invasion into erythrocytes.