Histonmethylierungen während der sexuellen Differenzierung von Plasmodium falciparum

• Antragstellerin: Professorin Dr. Gabriele Pradel
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 454761374

Die Genomsequenzierung des humanpathogenen Malariaerregers Plasmodium falciparum im Jahr 2002 weckte international die Hoffnung auf die Entdeckung neuer Zielstrukturen für Wirk- und Impfstoffe. Anschließende Transkriptom- und Proteom-Analysen trugen dazu bei, diese Gene den unterschiedlichen Parasitenstadien zuzuordnen und ließen auf ein streng reguliertes Transkriptionsprogramm, das für die Lebenszyklusprogression des Parasiten erforderlich ist, blicken. Seitdem wird der Epigenetik eine zunehmende Bedeutung in der Genregulation in Plasmodium zugeschrieben. Hierzu zählen insbesondere die posttranslationalen Histonmodifikationen während der erythrozytären Replikationsphase. Wenig bekannt ist bisher jedoch darüber, welche Rolle Histonmodifikationen spielen, wenn sich der Parasit auf die Übertragung vom Menschen auf die Mücke vorbereitet. Wichtig für diese Übertragung sind die Gametozyten, die sich in den humanen Erythrozyten sexuell differenzieren und nach ihrer Aufnahme durch die Anopheles-Mücke in die Gametogenese eintreten. In den Gametozyten werden Gene in einer streng koordinierten Abfolge ein- und ausgeschaltet, was auf eine strikte Regulierung der Genexpression hinweist. In diesem Zusammenhang konnten wir zeigen, dass in den Gametozyten für die Gametogenese wichtige Gene über Histonacetylierungen aktiviert werden, während Gene der asexuellen Blutstadien mittels Histondeacetylierung ausgeschaltet werden. Neben Acetylierungsprozessen weist die chemische Inhibierung von Lysin-spezifischen Histon-Methyltransferasen auf eine Schlüsselrolle von plasmodialen SET-Domänenproteinen während der Gametozytenbildung und Gametogenese hin. Die exakten Funktionen dieser SET-Proteine in den Gametozyten sind jedoch bisher nicht beschrieben. Es ist daher das übergreifende Ziel dieses Forschungsantrags, die Transkriptionsregulation durch Histonmethylierung während der sexuellen Differenzierung von P. falciparum näher zu untersuchen. Hierfür werden die gametozytenspezifischen Histon-Methyltransferasen SET2 und SET10 über Gen-Knockout und vergleichende Transkriptomics-Analysen funktional untersucht (Ziel 1). Des Weiteren werden potentielle Interaktionspartner von SET2 und SET10 über Biotin-vermittelte Identifikationsmethoden bestimmt und chromosomale Regionen, die mit den SET-Proteinen assoziiert sind, über Chromatin-Immunpräzipitation identifiziert (Ziel 2). Zusätzlich wird die Beteiligung der S-Adenosylmethionin-Synthetase SAMS, einem Schlüsselregulator von Methylierungsreaktionen, während der Transkriptionskontrolle in Gametozyten mittels Gen-Knockdown sowie biochemisch und über RNA-Sequenzierungen analysiert (Ziel 3). Die durch diese Studie gewonnenen Daten liefern neue Einblicke in Histonmethylierungen während der sexuellen Differenzierung des Malariaerregers und unterstützen die Evaluierung von epigenetischen Regulatoren und Effektoren als Zielstrukturen der Malariatherapie.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen