Funktionale Charakterisierung der Patatin-ähnlichen Phospholipase PNPLA1 in den Blut- und Sexualstadien des humanpathogenen Malariaerregers Plasmodium falciparum

• Functional characterization of the patatin-like phospholipase PNPLA1 in the blood and sexual stages of the human malaria parasite Plasmodium falciparum

Flammersfeld, Ansgar; Pradel, Gabriele (Thesis advisor); Antonin, Wolfram (Thesis advisor); Spehr, Marc (Thesis advisor)

Aachen (2020)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2020

Kurzfassung

Für das Überleben des Malariaerregers P. falciparum sowohl im humanen Wirt als auch im Moskitovektor ist ein präzise regulierter Phospholipidmetabolismus essenziell. Daher wurden in vorangegangen Studien die in der Phospholipid-Synthese und -Akquirierung involvierten Proteine umfangreich experimentell untersucht und als Zielstrukturen für Malaria-Therapeutika evaluiert. Dagegen wurden Phospholipasen, die durch ihre Phospholipid-hydrolytische Aktivität potenziell wichtige Funktionen in den Membrandynamiken, bei dem Durchdringen von Wirtszellmembranen, in der Zellproliferation sowie in der Signaltransduktion aufweisen können, bislang nur unzureichend untersucht. In einer im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten umfangreichen Genomanalyse konnten imP. falciparum-Genom insgesamt 22 putative Phospholipasen identifiziert werden, von denen vier als Patatin-ähnliche Phospholipasen (PNPLA) annotiert sind. Für die als PNPLA1 bezeichnete PNPLA, für welche eine PLA2-spezifische Aktivität vorhergesagt wurde, konnte eine durchgängige zytosolische Expression in den Blut- und Sexualstadien gezeigt werden. PNPLA1-defiziente Parasiten wiesen dabei eine normale asexuelle Replikation, Gametozytenentwicklung und Gametogenese auf. Jedoch führte der PNPLA1-Verlust zu einer signifikant reduzierten Anzahl an Gametozyten und zu einer verlangsamten Entwicklung der fünf Reifestadien, während die episomale PNPLA1-Überexpression die Gametozytenbildung förderte. Der PNPLA1-Funktionsverlust führte weiterhin zu einer transkriptionellen Deregulierung von in der Gametozytogenese involvierten Genen, einschließlich des Gens für den Schlüsselregulator der Gametozytenbildung, dem Transkriptionsfaktor AP2-G. Eine vergleichende Lipidomanalyse zeigte, dass PNPLA1-defiziente Parasiten eine erhöhte Phospholipidkonzentration aufwiesen, insbesondere hinsichtlich Phosphatidylcholin (PC), dem Hauptbestandteil plasmodialer Membranen. Da der Parasit bei mangelnden Ausgangssubstraten für die essenzielle PC-Synthese mit einer erhöhten Gametozytenproduktion reagiert, ist PNPLA1 vermutlich indirekt über einen veränderten Lipidmetabolismus in die Gametozytenbildung involviert. Die erhöhten PC Konzentrationen aufgrund des PNPLA1-Funktionsverlusts verhindern dabei den Wechsel vom asexuellen Replikationszyklus ins infektiöse Gametozytenstadium. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern durch die erstmalige Charakterisierung einer plasmodialen PNPLA eine wichtige Grundlage zur Aufklärung der biochemischen und funktionalen Rolle von Phospholipasen im Lebenszyklus des Malariaerregers und vertiefen das Verständnis über die Regulation der sexuellen Differenzierung.

Einrichtungen

• Fachgruppe Biologie [160000]
• Lehr- und Forschungsgebiet Zelluläre und Angewandte Infektionsbiologie [164020]