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PDF, English - main document Download (16MB) | Lizenz: Computational prediction of Short Linear Motif candidates in the proteome of the Apicomplexan parasite Toxoplasma gondii by Alvarado Valverde, Jesús underlies the terms of Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0

Abstract

Toxoplasma gondii is a unicellular parasite of the Apicomplexan family with the unique ability to infect a wide spectrum of warm-blooded animals, including mammals and birds. Host infection is established by distinct secreted proteins that interact with the cellular machinery and signaling networks of the host cells, hijacking their immune response and subverting cellular processes to their advantage. Short linear motifs (SLiMs) are small functional modules within protein sequences known to mediate protein-protein interaction between parasite and host proteins. By integrating SLiM information with sequences, structural, and experimental data I developed a computational pipeline to identify motif candidates relevant for T. gondii infection. Among these candidates, I identified motifs in microneme, rhoptry, and dense granule proteins that potentially link them to processes like cell attachment, nuclear targeting and cytoskeleton rearrangements. As a proof of concept, the protein-protein interaction of a group of motif candidates related to the innate immune response were tested experimentally in collaboration with the EMBL Protein expression and purification facility. This provided proof of binding and affinity measurements for some of them, and showed that the pipeline is able to identify true binding motifs. Taken together, I developed a computational pipeline that can potentially predict motif candidates relevant for T. gondii infection and provide a resource for further experimental validation and understanding of parasite infection.

Translation of abstract (German)

Toxoplasma gondii ist ein unizellulärer Parasit aus der Familie der Apicomplexa, welcher sich durch ein breites Infektionsspektrum auszeichnet, das unterschiedliche Warmblütler wie Säugetiere und Vögel einschließt. Im Rahmen der Infektion sezerniert der Erreger Proteine, welche die Stoffwechselprozesse sowie die Signalnetzwerke der Wirtszelle zugunsten der parasitären Vermehrung beeinträchtigen. Die Parasit-Wirt-Interaktion wird auf Proteinebene u.a. durch funktionale Module innerhalb der Proteinsequenz vermittelt, welche als sog. short linear motifs (SLiMs) bezeichnet werden. Durch die Integration von Informationen von SLiMs mit Daten zu Proteinsequenzen und -strukturen sowie Ergebnissen veröffentlichter experimenteller Daten (z.B. Massenspektrometrie) habe ich ein bioinformatisches Verfahren entwickelt, um Motiv-Kandidaten mit Relevanz für die Infektion mit T. gondii vorherzusagen. Unter diesen finden sich beispielsweise Motive in Mikronemen, Rhoptrien sowie Dichte-Granula Proteinen, welche potentiell mit Wirtsproteinen interagieren können mit Funktion in Zelladhäsion, Kerntransport und Zytoskelettumbau. Die vorhergesagten Protein-Protein-Interaktionen konnten ferner für Motiv-Kandidaten mit Bezug zur angeborenen Immunabwehr in Zusammenarbeit mit der EMBL Protein Expression and Purification Core Facility durch Affinitäts-Assays experimentell validiert werden. Zusammengefasst habe ich in der vorliegenden Arbeit ein bioinformatisches Verfahren zur Vorhersage von Motiv-Kandidaten entwickelt, als potentielle Grundlage für eine zeit- und kosteneffiziente experimentelle Untersuchung von Mechanismen der T. gondii Infektion.