Konsequenzen posttranslationaler Modifikationen von Mikrotubuli auf die Physik des Parasiten Trypanosoma brucei

• Antragsteller: Professor Dr. Klaus Ersfeld; Professor Dr. Matthias Weiss
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten ; Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491707420

Ziele des Projektes sind eine quantitative Charakterisierung und ein vertieftes Verständnis des Einflusses von post-translationalen Modifikationen (PTMs) von Mikrotubuli auf die Physik des humanpathogenen Parasiten Trypanosoma brucei. Im Fokus stehen dabei Veränderungen der Fortbewegung und Mobilität sowie der zellulären Architektur. Zellmorphologie und spezifische Bewegungsmuster dieses einzelligen Parasiten sind essentiell für sein Überleben und die Fortpflanzung im Säugerwirt und im Insektenvektor. Das Mikrotubuli-basierte Zytoskelett von Trypanosomen ist evolviert um diesen Anforderungen Rechnung zu tragen und hat die Zelle mit einer hydrodynamisch optimierten Form und mit adaptiver Motilität ausgestattet. Wenig ist allerding bisher über den Einfluss zell-intrinsischer Eigenschaften, wie differenzieller Expression und Regulation von Zytoskelett-Elementen auf die Adaption in verschiedenen Mikro-Umgebungen bekannt. Wir planen daher, insbesondere die Funktion definierter PTMs von Mikrotubuli zu beleuchten, die allgemein als 'Tubulin-Code' bekannt sind, da unsere Vorarbeiten bereits gezeigt haben, dass Änderungen ausgewählter PTMs einen hoch-signifikanten Einfluss auf die (bio)physikalischen Eigenschaften, z.B. die Mobilität, von T. brucei haben. Zu diesem Zweck werden wir Parasitenstämme generieren, in denen spezifische PTM-katalysierende Enzyme inaktiviert sind. Diese Stämme werden zunächst zellbiologisch charakterisiert, z.B. über Fluoreszenz- und Elektronenmikroskopie, unterstützt von quantitativer Massenspektrometrie und in-vitro-Assays. Ergänzend zu diesen klassischen Methoden werden die Bewegungsmuster individueller PTM-defizienter Trypanosomen umfassend mittels quantitativer Videomikroskopie ('tracking') in verschiedenen Mikrofluidik-Umgebungen untersucht, die das natürliche Habitat des Parasiten nachbilden. Dazu werden verschiedene Kanalgeometrien, Flussprofile, Fluidviskositäten bzw. -viskoelastizitäten und Anordnungen von Engstellen/Hindernissen eingesetzt. Wir erwarten, dass dieses Projekt zu einem umfassenden Verständnis der Bedeutung von Mikrotubuli-PTMs auf die (Bio)Physik von T. brucei führen wird.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2332: Physik des Parasitismus