MORN repeat Proteins und der Trypanosoma brucei bilobe

Der Protist Trypanosoma brucei, Verursacher der Afrikanischen Schlafkrankheit in Menschen und Nagana in Vieh, ist ein früh abzweigender Eukaryot von fundamentalem biologischen Interesse. In diesem Organismus haben wir eine neue zytoskelettale Struktur entdeckt, die eine zweilappige Morphologie aufweist und TbCentrin2 und TbCentrin4 enthält. Centrine sind kleine Proteine der EF-Hand Familie und hoch konservierte Komponenten des Mikrotubuliorganisationszentrums eukaryotischer Zellen. Der Schwerpunkt dieses Antrags liegt auf einer neuen Komponente dieser zweilappigen Struktur, TbMORN1, die wir kürzlich entdeckt haben. TbMORN1 besteht aus 15 aneinandergereihten 23 Aminosäuren-langen MORN-Wiederholungen, die auch in zahlreichen anderen Organismen vorkommen. Die genaue Funktion der MORN-Wiederholungen ist noch unbekannt, sie dienen jedoch vermutlich als Protein-Protein- oder Protein-Lipid-Interaktionsdomänen. TbMORN1 ist ausschließlich an der zweilappigen Struktur lokalisiert, im Gegensatz zu den TbCentrinen, die auch im Basalkörper und anderen zytoskelettalen Strukturen vorkommen. Für das Blutstadium des Parasiten ist TbMORN1 lebensnotwendig. Mit Hilfe von RNAi wollen wir ein besseres Verständnis der biologischen Funktion von TbMORN1 erreichen. Durch die Identifizierung von TbMORN1 Bindungspartnern wollen wir auch andere Komponenten der zweilappigen Struktur bestimmen. Außerdem streben wir an, durch hochauflösende Strukturanalyse Erkenntnisse über die Funktionsweise der zweilappigen Struktur zu erlangen.

Durch dieses Projekt konnten neue grundlegende Erkenntnisse über einen menschlichen Parasiten namens Trypanosoma brucei gewonnen werden. Dieser einzellige Parasit verursacht die vernachlässigte Tropenkrankheit Menschliche Afrikanische Trypanosomiasis (umgangssprachlich auch Schlafkrankheit genannt). T. brucei alternieren zwischen zwei Lebensstadien in ihren Wirten, der Tsetsefliege und Säugetieren. Auf Grund der derzeitig sehr limitierten Behandlungsmöglichkeiten und deren hoher Toxizität herrscht ein dringender Bedarf an neuen Medikamenten gegen T. brucei. Ein Problem bei der Suche nach neuen therapeutischen Ansatzpunkten liegt darin, dass es sich bei T. brucei um Eukaryoten (ihr genetisches Material ist von einem Nukleus umhüllt) handelt. Da Menschen ebenfalls Eukaryoten sind, ist es erheblich schwieriger ein Medikament zu entwickeln, das zwar T. brucei eliminiert aber nicht toxisch für den Menschen ist. Im Gegensatz dazu können Prokaryoten (Bakterien), die sich vom Menschen in ausreichendem Maße unterscheiden, sicher mit Antibiotika behandelt werden. Wie alle eukaryotischen Zellen weisen auch T. brucei eine Innenarchitektur auf das Zytoskelett. Diverse Studien haben gezeigt, dass das Zytoskelett von T. brucei essentiell für deren Lebensfähigkeit und Pathogenität ist. Der Fokus dieses Projekts lag auf einer unlängst entdeckten Komponente des T. brucei Zytoskeletts, dem sogenannten Bilobe. Zum Zeitpunkt des Projektstarts war nur ein einziges Protein bekannt, welches ausschließlich am Bilobe präsent war TbMORN1. Durch spezifische Verminderung von TbMORN1 in den Zellen wurde gezeigt, dass der Bilobe essentiell für das Überleben der Säugetier-infektiösen Form von T. brucei ist. Der Bilobe wurde mittels Fluoreszenz- und Elektronenmikroskopie in hoher Auflösung untersucht. Daraufhin konnte ein neues Modell dessen Morphologie aufgestellt werden. Anhand einer neuen Methode namens Nähe abhängiger Biotin Identifizierung (BioID) konnten insgesamt sieben neue Bilobe Proteine identifiziert werden. Des weiteren konnten diverse Subdomänen innerhalb des Bilobes abgegrenzt werden. Zusätzlich wurde TbMORN1 mittels diverser biochemischer und biophysikalischer Methoden in vitro untersucht um ein Strukturmodell auf atomarer Ebene aufzustellen.