Das Glutathion-Redoxsystem als Thiol-Switch Operator in Plasmodium falciparum

• Antragsteller: Dr. Stefan Rahlfs, seit 1/2020
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251796707

Aufgrund seiner zentralen Bedeutung für schnell proliferierende und sich teilende Zellen, gilt der Redoxstoffwechsel vieler Protozoen, einschließlich des Malariaparasiten Plasmodium, als wichtiges Zielmolekül für prophylaktische und therapeutische Maßnahmen. Redox-basierte Signalprozesse stellen ein wichtiges regulatorisches Prinzip in der Parasit Wirtszell Einheit dar und sind beteiligt an der Pathophysiologie der Malaria. Im Laufe der letzten Jahre haben wir die Struktur, Funktion, Lokalisation, Interaktion sowie die (glutathionabhängige) Regulation redoxaktiver Proteine von Malariaparasiten intensiv untersucht.Im Rahmen des hier vorgestellten Projektes möchten wir nun die Funktion und Regulation zentraler Redoxschalter in P. falciparum charakterisieren. Hierbei möchten wir auf thiolschalterbasiertes Redoxsensing sowie auf thiolschalterbasierte Interaktion zwischen Proteinen fokussieren.1. Thiolschalterbasiertes Redoxsensing in P. falciparum. Im Rahmen dieses ersten Arbeitsschwerpunktes planen wir die genomische Integration und den systematischen Vergleich der Redoxsonden hGrx1-roGFP2 und sfroGFP2 sowie der H2O2 Sonde roGFP2-Orp1 und weiterer neu entwickelter Sonden. Dies soll in robusten Detektionssystemen in Zytosol und subzellulären Kompartimenten des Parasiten resultieren. Wo immer möglich, sollen die Analysen vom Konfokalmikroskop auf einen Plattenleser übertragen werden. Die genetisch codierten Redoxsonden sollen schließlich genutzt werden, um Mechanismen von Medikamentenwirkung und Resistenzentwicklung zu untersuchen. Wir planen des Weiteren, die Muster an Sulfenylierung in ungestressten und redoxgestressten Malariaparasiten zu bestimmen. Danach sollen mittels eines SILAC-Experimentes die quantitativen und qualitativen Veränderungen in Glutathionylierungs-, und im direkten Vergleich, in Sulfenylierungsmustern unter oxidativem Stress charakterisiert werden. Wie bereits in der ersten Förderperiode, soll der Einfluss redoxregulatorischer Thiolmodifikationen auf Struktur und Funktion ausgewählter Enzyme untersucht werden. 2. Thiolschalterbasierte Interaktion zwischen Proteinen. In diesem zweiten Schwerpunkt, möchten wir das Redoxinteraktom von Peroxiredoxinen 1a und 1m des Malariaerregers mittels eines mixed disulfide fishing Ansatzes untersuchen. Ausgewählte Interaktionen sollen an rekombinanten Proteinen verifiziert werden. Die Rolle einzelner Cysteinreste in der Interaktion zwischen den beiden Peroxiredoxinen und ihren Redoxinen sollen mittels Oberflächenplasmonresonanz (SPR) charakterisiert werden, die Eignung von SPR für die Analyse von Redoxinteraktionen und Modifikationen soll systematisch mit isothermaler Kalorimetrie und Microscale Thermophorese verglichen werden. In Zusammenarbeit mit anderen Gruppen des SPP 1710 soll SPR genutzt werden, um Proteininteraktionen, Targetspezifität und Reaktivität zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1710: Dynamik thiolbasierter Redoxschalter in der Zellphysiologie
• Ehemalige Antragstellerin: Professorin Dr. Katja Becker, bis 12/2019