Identifizierung und Charakterisierung von PEXEL-negativen exportierten Proteinen in Malariaparasiten

Malaria ist noch heute eine gefährliche Infektionskrankheit, besonders für afrikanische Kinder. Dies liegt daran, dass trotz intensiver Forschung kein kommerzieller Impfstoff vorhanden ist und Resistenzen gegen Malariamedikamente und Insektizide verbreitet sind. Die gefährlichste Form der Malaria wird von Plasmodium falciparum-Parasiten verursacht. Diese besitzen die Fähigkeit, während ihrer Entwicklung in roten Blutzellen deren Oberfläche so zu modifizieren, dass infizierte Erythrozyten an Gefäßwände binden und nicht mehr in der Milz aussortiert werden können. Dies erreicht der Parasit durch den Export eigener Proteine auf die Wirtszelloberfläche. Ein ganzes Arsenal an in den Erythrozyten exportierten Parasitenproteinen ist für diese Transportprozesse und weitere wichtige Wirtszellmodifikationen verantwortlich. Viele dieser Proteine besitzen für ihren Export ein im Jahr 2004 entdecktes Motiv, das sog. PEXEL, welches zur Vorhersage des Plasmodium-Exportoms verwendet wurde. Allerdings ist auch eine Handvoll exportierter Proteine bekannt, die dieses Motiv nicht aufweisen und deshalb PEXEL-negative exportierte Proteine (PNEPs) genannt werden. Diese PNEPs befinden sich in Parasitenetablierten Membranstrukturen im Wirtszellzytosol, den sog. Maurer´s clefts, die als wichtige Sortierstationen von Proteinen auf dem Transportweg zur Erythrozytenoberfläche gelten. Die Existenz der PNEPs in P. falciparum wirft die in dieser Arbeit untersuchten Fragen auf, ob noch mehr PNEPs im Genom von P. falciparum verborgen sind und ob die bekannten PNEPs auch in anderen Plasmodienspezies existieren. Mithilfe bioinformatischer Suchstrategien basierend auf gemeinsamen PNEP-Eigenschaften wie einem frühen Transkriptionsprofil und einem subtelomeren Genlocus konnten 12 neue PNEPs in P. falciparum identifiziert werden. Die Evaluierung einer Kandidatenliste aus maschinellen Lernansätzen, die mit PNEP-Exportsequenzen gespeist wurden, lieferte ein weiteres PNEP. Diese neuen exportierten Proteine variieren in ihren Transkriptionsprofilen, Genloci, Proteinstrukturen und Lokalisationen in der Wirtszelle und bilden neue Gruppen von exportierten Proteinen. PNEPs in P. falciparum sind damit zahlreicher und unterschiedlicher als bisher angenommen und stellen einen nicht zu vernachlässigenden und bisher unterschätzten Teil des Exportoms dar. Des Weiteren wurden erstmals sequenzähnliche Proteine zu den bislang bekannten PNEPs in anderen Plasmodienspezies identifiziert. Die heterologe Expression in P. falciparum, in dem bekanntermaßen die PNEP-Exportmaschinerie vorhanden ist, und die Expression im Nagermalariaparasiten P. berghei zeigten, dass die PNEP-Transportwege in anderen Plasmodienarten vorhanden sind, jedoch deutliche speziesspezifische Eigenschaften bestehen.