Struktur und Funktion des Trypanosoma brucei bilobe

Trypanosoma brucei ist ein einzelliger Protist und bedeutender Parasit in Säugern. Er löst beim Menschen die wenig beachtete tropische Schlafkrankheit aus (Afrikanische Trypanosomiasis) und führt im Viehbestand zu Nagana. Das Zytoskelett von T. brucei ist vergleichsweise schlecht untersucht, obwohl es für die Lebensfähigkeit des Parasiten wie auch für die Krankheitsentstehung entscheidend ist. Mit den Ergebnissen dieses Projekts wird das Verständnis des Zytoskeletts dieses Organismus erweitert, wobei ein besonderes Augenmerk auf eine neue strukturelle Komponente, den Bilobe, gelegt wird. Der Bilobe wurde 2005 identifiziert, aber seine zelluläre Funktion ist trotz gezielter Bestrebungen nach wie vor unklar. Den Schwerpunkt dieser Studie bildet TbMORN1. Diese Protein befindet sich ausschließlich im Bilobe und in der infektiösen Blutstrom-Variante von T. brucei ist der Verlust von TbMORN1 letal. Das in diesem Antrag ausgeführte Projekt macht sich einen kürzlich durchgeführten Screen nach neuen Bilobe-Proteinen zu Nutze, um eine volle Bestandsaufnahme der Struktur, Funktion und Zellbiologie dieser Zytoskelettkomponente zu erstellen. Die vorgeschlagenen Experimente umfassen eine Kombination aus molekularer Zellbiologie, modernsten biochemischen Techniken und Strukturbiologie.

Dieses Projekt beinhaltet die erste hochauflösende Struktur einer ubiquitären Familie von Proteinen und führte zu neuen Erkenntnissen über deren Funktion in vivo. Proteine sind die Triebwerke der Zellen. Sie sind verantwortlich für strukturelle, katalytische und dynamische Funktionen. Polypeptidketten, welche aus Proteinen bestehen, sind in strukturelle Domänen gefaltet. Aber auch alternative Faltungsweisen sind möglich. Wiederholungsmotive sind kurzsträngige Aminosäuren, die als Tandem angeordnet werden können, um komplexe Strukturen ausgehend von einfachen Bausteinen zu generieren. Die Protein Repeats der MORN Familie ist weitestgehend unerforscht. Daher führte die Arbeit dieses Projektes zu der ersten hochauflösenden Struktur des MORN Repeat Proteins. Es wurde gezeigt, dass jeder MORN Repeat eine Haarnadelstruktur formt. Kommt es zum Zusammensetzen der Repeats, wird eine verdrehte Faser mit einer großen Oberfläche produziert, welche für Interaktionen frei liegt. Die Funktion von MORN Repeats war sehr lange unklar. Während ein Protein (TbMORN1), was ausschließlich über MORN Repeats verfügte, untersucht wurde, wurden neue Erkenntnisse über die zellulären Funktionen gewonnen. TbMORN1 ist essentiell für eine Form von Trypanosoma brucei, welche ausschließlich Säugetiere befallen kann. Weiterhin scheint es den Übergang langer Makromoleküle in die Zelle zu regulieren. Obwohl MORN Repeats lange als membranbindende Module angesehen wurden, konnte kein Nachweis sowohl in vivo als in vitro für die Interaktion von TbMORN1 mit Membranen erbracht werden.