Hydrodynamic flow-induced protein movement on cell surfaces: African trypanosomes as model

• Applicants: Professor Dr. Markus Engstler; Dr. Thomas Pfohl
• Subject Area: Fluid Mechanics
• Term: from 2006 to 2012
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 27686433

Afrikanische Trypanosomen sind in besonderer Weise an ihre extremen Umweltbedingungen angepasst. Wir nehmen an, dass diese einzelligen Flagellaten hydrodynamische Strömungen im Blutgefäßsystem des Säugerwirts zu ihrem Vorteil nutzen. Die Blutparasiten wurden im Laufe der Evolution mit einem einzigartigen Zelloberflächenmantel ausgestattet, der aus einer dichten Schicht von variablen Oberflächenglykoproteinen (VSG) besteht. Vom Wirt produzierte Antikörper werden rasch von der Zelloberfläche entfernt. Unsere Vorarbeiten zeigen, dass für den Prozess der Antikörperentfernung die gerichtete Bewegung der Zelle und das ungewöhnlich rasche Plasmamembran-Recycling verantwortlich sind. An VSGs gebundene Antikörper fungieren quasi als molekulare Segel: hydrodynamische Kräfte treiben Antikörper-VSG-Komplexe auf der Zelloberfläche zur Flagellartasche, die sich am posterioren Pol der Zelle befindet. Die dort lokalisierte, hoch-effiziente Endozytosemaschinerie internalisiert die Antikörperkomplexe. Unsere Ergebnisse zeigen, dass extrinsische hydrodynamische Strömungen Proteine auf Zellen bewegen können. Wir wollen beweisen, dass dieser bislang übersehene Prozess keine Besonderheit von Trypanosomen ist, sondern auch bei anderen Zellen, wie Spermien oder Gefäßepithelzellen, wichtige Funktionen erfüllt. Das Ziel des hier vorgeschlagenen Projekts ist es, die physikalischen und molekularen Grundlagen der strömungsgetriebenen Bewegung von Zelloberflächenproteinen zu studieren, sowie deren biologische Signifikanz zu verstehen.

• DFG Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 1207: Nature Inspired Fluid Mechanics
• International Connection: Switzerland
• Partner Organisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)