Vorhersage von Kräften und Formen für die Invasion von Apicomplexa in Hostzellen

• Antragsteller: Professor Dr. Thorsten Auth; Dr. Anil Kumar Dasanna
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Biophysik ; Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 492014218

Die Invasion in die Host-Zelle ist ein zentraler Schritt im Lebenszyklus eines Apikomplexa. Daher ist ein grundlegendes Verständnis des Invasionsmechanismus notwendig um Therapien zu entwickeln die die Krankheit verhindern. Fortschritte in der Mikroskopie haben unsere Kenntnis der Architektur der Parasiten in den vergangenen Jahren deutlich erweitert: Mikrotubuli erstrecken sich vom apikalen Ende aus durch einen Großteil des Parasiten, ein Aktinnetzerk am dorsalen Ende, und ein netzwerkartiger innerer Membrankomplex entlang der Mikrotubuli. Die Architektur ermöglicht verschiedene Invasionsmechanismen, einschliesslich des klassischen Linearmotormodells und des "push and pull"-Modells. Kürzliche Experimente legen auch eine wichtige Rolle der Membranen im Innern des Parasiten nahe; Parasiten können auch in Riesenvesikel eindringen. Basierend auf optischer Mikroskopie ermöglichen uns Theorie und Computersimulationen Hypothesen für den Invasionsmechanismus zu testen sowie auftretende Kräfte vorherzusagen. Wir beabsichtigen verschiedene mechanisch Fragestellungen für Toxoplasma zu bearbeiten: Welcher Zusammenhang besteht zwischen Form und Architektur des Parasiten. Induzieren diskrete Bindungen den Kontakt des apikalen Endes des Parasiten mit der Zellmembran? Welche Rolle spielt die Deformabilität des Parasiten für die Invasion? Welche aktiven und passiven Kräfte greifen während der Invasion an der Hostmembran an? Wie beeinflusst der Zellkern die Invasion? Gibt es einen minimalen Radius für Poren die Parasiten aktiv durchwandern können? Wie ist die zeitliche Abfolge verschiedener Invasionsstadien? Was ist die Rolle der Reorganisation des Zellskeletts des Parasiten für die Invasion und eines Linearmotors--auch für genetisch modifizierte Parasiten?Insbesondere werden wir die folgenden Observablen charakterisiere: (a) Messung der Kräfte auf Mikrotubuli, Aktinnetzwerk, und Plasmamembran, die die Form des Parasiten beeinflussen. (b) Ausbildung diskreter Bindungen für frühe Stadien der Invasion und die resultierenden Deformationen von Parasit und Host. (c) Kräfte auf das Zellskelett und die Pore, sowie Formen eines Parasiten während er sich durch eine Filterpore bewegt. (d) Kräfte und Formen von Parasiten wenn sie mit Riesenvesikeln Wechselwirken.

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