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Titel: Die Bedeutung der VIR-Proteine von Plasmodium vivax für die Zytoadhäsion infizierter Retikulozyten
Sonstige Titel: The importance of the VIR proteins of Plasmodium vivax for the cytoadhesion of infected reticulocytes
Sprache: Deutsch
Autor*in: Rehn, Torben
Schlagwörter: VIR-Protein
GND-Schlagwörter: Malaria; Plasmodium vivax; Adhäsion; Retikulozyt; Parasit
Erscheinungsdatum: 2020
Tag der mündlichen Prüfung: 2020-05-08
Zusammenfassung: 
Die Malaria ist eine Tropenkrankheit, dessen Erreger einzellige Parasiten der Gattung Plasmodium spp. sind. Trotz der Bemühungen innerhalb der letzten Jahre im Kampf gegen die Malaria, starben im Jahr 2018 ca. 405.000 Menschen an den Folgen einer Malariainfektion, insbesondere Kinder unter 5 Jahren.
Der Malariaerreger, welcher die meisten Todesfälle verursacht, ist Plasmodium falciparum. Dieser Parasit kommt insbesondere in Afrika vor, dem Kontinent mit den meisten Malariainfektionen. Es gibt jedoch noch einen zweiten, insbesondere außerhalb Afrikas, weit verbreiteten Malariaerreger, Plasmodium vivax. Dieser Parasit wurde sehr lange als „gutartig“ in der Literatur beschrieben, da dieser Erreger nicht mit der schweren Form der Malaria assoziiert wurde. Der Grund hierfür ist, dass die schwere Form der Malaria immer mit der Fähigkeit des Parasiten zu zytoadhärieren verbunden wurde, diese aber nicht für P. vivax beschrieben wurde. In P. falciparum sind die PfEMP1 (engl. Plasmodium falciparum erythrocyte membrane protein 1) maßgeblich an der Zytoadhäsion beteiligt. P. vivax besitzt zwar keine solche Proteinfamilie, jedoch mit der vir-Genfamilie (engl. variant interspersed repeats) eine Familie, von der postuliert wird, dass diese an der Zytoadhäsion von P. vivax beteiligt ist.
In dieser Arbeit wurden 13 transgene P. falciparum-Zelllinien hergestellt, welche je ein spezifisches VIR-Protein synthetisieren. Diese wurden verwendet, da eine kontinuierliche Zellkultur mit P. vivax noch nicht etabliert werden konnte. Von jeder transgenen Zelllinie wurden fluoreszenzmikroskopische Aufnahmen gemacht, um die Lokalisation des VIR-Proteins innerhalb des infizierten Erythrozyten (iE) feststellen zu können. Dabei konnte der Export der Proteine in das Zytosol des iE nachgewiesen werden, jedoch in Abhängigkeit des Entwicklungsstadiums des Parasiten. Nur für ein VIR-Protein konnte kein Export nachgewiesen werden, dessen Signal wurde ausschließlich innerhalb des Parasiten beobachtet. Des Weiteren wurden, um eine Oberflächenlokalisation nachzuweisen, Western Blot-Analysen durchgeführt. Dafür wurden die iE mit dem Enzym Trypsin behandelt, welche alle sich an der Oberfläche des Erythrozyten befindlichen Proteine abbaut. Diese Probe wurde mit einer Probe, welche nicht mit Trypsin behandelt wurde in der Western Blot-Analyse verglichen. Dabei konnte jedoch nur für eins der 13 untersuchten VIR-Proteine eine Abnahme in der Signalintensität nachgewiesen werden. Zusätzlich wurden noch von jeder transgenen P. falciparum-Zelllinie die Bindungseigenschaften an die vier humanen Endothelzellrezeptoren CD36, ICAM-1, VCAM-1 und P-Selektin charakterisiert. Für die Rezeptoren wurden transgene CHO-Zelllinien (engl. chinese hamster ovary cells) verwendet, die den Rezeptor an der Oberfläche trugen. Als Vergleich wurde eine nicht transfizierte P. falciparum-Stammkultur verwendet. Dabei konnte für fünf VIR-Proteine eine Bindung an CHO-CD36 detektiert werden, welche sich signifikant von der Stammkultur unterschied. Für alle anderen VIR-Proteine konnte keine signifikante Bindung an CHO-CD36 nachgewiesen werden und von keinem VIR-Protein eine Bindung an einen der anderen drei getesteten Rezeptoren.
Im Hinblick darauf, dass auch P. vivax für schwere Malariafälle verantwortlich zu sein scheint, ist es von großer Bedeutung, diesen Erreger besser zu erforschen, um die Mechanismen zu verstehen. Auf Grundlage diesen Wissens ist es dann hoffentlich möglich, geeignete Therapiemaßnahmen zu entwickeln und eventuell auch einen Impfstoff.

Malaria is a tropical disease whose pathogens are caused by unicellular parasites of the genus Plasmodium spp. Despite the efforts made in recent years to combat malaria, in 2018, approximately 405.000 people died as a result of malaria infection, especially children under 5 years of age.
The malaria pathogen that causes most deaths is Plasmodium falciparum. This parasite is found particularly in Africa, the continent with the most malaria infections. However, there is a second malaria pathogen, Plasmodium vivax, which is widespread, especially outside Africa. This parasite has been described as "benign" in the literature for a very long time, as this pathogen has not been associated with the severe form of malaria. The reason for this is that the severe form of malaria has always been associated with the ability of the parasite to cytoadhere, but this has not been described for P. vivax. In P. falciparum, the PfEMP1 (Plasmodium falciparum erythrocyte membrane protein 1) are significantly involved in cytoadhesion. On the other hand, P. vivax have the vir gene family (variant interspersed repeats), a family which is postulated to be involved in the cytoadhesion of P. vivax.
In this work 13 transgenic P. falciparum cell lines were produced, each of which synthesizes a specific VIR protein. These were used because a continuous cell culture with P. vivax could not yet be established. Fluorescence microscopic images were taken of each transgenic cell line to determine the localization of the VIR protein within the infected erythrocyte (iE). The export of the proteins into the cytosol of the iE could be detected, but in dependence of the developmental stage of the parasite. Only for one VIR protein no export has been detected; its signal was observed exclusively within the parasite. Furthermore, western blot analyses were performed to detect surface localization. For this purpose, the iE were treated with the enzyme trypsin, which degrades all proteins located on the surface of the erythrocyte. This sample was compared with a sample that was not treated with trypsin in the western blot analysis. However, only one of the 13 VIR proteins examined showed a decrease in signal intensity. Additionally, the binding properties of each transgenic P. falciparum cell line to the four human endothelial cell receptors CD36, ICAM-1, VCAM-1 and P-selectin were characterized. CHO (chinese hamster ovary cells) cell lines were used, which express the receptor of interest on their surface as a GFP fusion protein. As comparison, a non-transfected P. falciparum strain culture was used. For five VIR proteins a binding to CHO-CD36 was detected, which differed significantly from the strain culture. For all other VIR proteins no significant binding to CHO-CD36 has been detected and no VIR protein could bind to any of the other three tested receptors.
The fact that P. vivax also appears to be responsible for severe malaria cases, it is of great importance to better understand this pathogen in order to understand the mechanisms. Based on this knowledge, it is hoped that it will then be possible to develop suitable therapies and possibly also a vaccine.
URL: https://ediss.sub.uni-hamburg.de/handle/ediss/8405
URN: urn:nbn:de:gbv:18-104890
Dokumenttyp: Dissertation
Betreuer*in: Bruchhaus, Iris (Prof. Dr.)
Enthalten in den Sammlungen:Elektronische Dissertationen und Habilitationen

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