Expression of dominant negative mutant proteins to interfere with Plasmodium liver stage development

Abstract

A promising tool for shedding light on molecular events during the Plasmodium liver stage is the recently described liver stage-specific promoter lisp2 (formally called LSA4) (Helm et al., 2010; DeNiz et al., 2015). The liver stage-specific promotor lisp2 can be used to successfully drive the expression of a dominant-negative mutant protein at a strength that leads to abnormal parasite development. Overexpression of the mutant Sar1(H74L) hinders parasite maturation, leads to morphological abnormalities and appears to prevent secretion of proteins. It has been shown that the lisp2 promoter can be used for investigate proteins and that the principle of dominant negative mutant protein expression works successfully in Plasmodium. A similar approach could therefore be used in the future to investigate protein function during liver stage development or even to generate parasites that fully arrest during the liver stage, offering sterile protection against subsequent infection with viable parasites. It has been shown that the viability of Plasmodium parasites can be disturbed exclusively in the liver stage with the tool of a dominant negative mutant protein which is expressed under the control of the strong liver stage-specific promoter lisp2. P. berghei parasites expressing the mutant form of the Sar1 GTPase are restricted in their development, thus drastically reduced in their capability to form merosomes. Parasites overexpressing this mutant protein show a reduced growth rate, an abnormal morphology and have a greatly reduced conversion rate from mid to mature liver stages.

Der Leberphasen-spezifische Promotor lisp2 (zuvor LSA4 genannt) kann für die Erforschung der molekularen Abläufe der Leberphase von Plasmodien genutzt werden (Helm et al., 2010; DeNiz et al., 2015). Ein dominant-negativ mutiertes Protein, welches unter diesem Promotor stark exprimiert wird, kann zu fehlentwickelten Parasiten führen. Die in dieser Arbeit gewählte Überexpression der Mutante Sar1(H74L) führt zu Reifungsstörungen der Parasiten und diversen morphologischen Veränderungen. Die Proteinsekretion scheint hierbei unterdrückt. Parasiten der Spezies P. berghei, welche die mutierte Form der Sar1 GTPase exprimieren, sind in ihrer Entwicklung eingeschränkt und daher auch in ihrer Fähigkeit gehemmt, Merosomen zu bilden. Sie zeigen ein gehemmtes Wachstum, eine abweichende Morphologie sowie eine deutlich geminderte Konversionsrate von der mittleren zur späten Leberphase. Es konnte gezeigt werden, dass das Prinzip der Expression einer dominant negativen Mutante bei Plasmodien erfolgreich funktioniert. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass mit dieser Methode die Lebensf ähigkeit der Plasmodien ausschlieÿlich während der Leberphase gestört werden kann, sofern dies unter der Kontrolle des Leberphasen-spezifischen Promotors lisp2 geschieht. In Zukunft könnte ein ähnlicher Ansatz genutzt werden, um die Funktion von Proteinen während der Leberphase zu untersuchen. Möglicherweise könnten Parasiten erzeugt werden, deren Entwicklung während der Leberphase komplett gestoppt wird, was einen nachfolgenden Infektionsschutz bieten könnte.