Malaria Forschung

Abbildung: A  Fluo-4 ‚Medikamenten-Resistenz-Patterns‘ in P. falciparum Stämmen zeichnen sich mehr diffus in –sensitiven (HB3) und lokalisiert auf die Freßvakuole in –reistenten Stämmen (Dd2). Das Verteilungsmuster der Fluo-4 Fluoreszenz spiegelt jedoch nicht die tatsächliche Ca2+ Konzentration durch diesen Farbstoff wieder, da Fluo-4 primär-aktiv in der Vakuole angereichert wird. Ratiometrische Ca2+ Fluoreszenz mit Fura-Red zeigt nach quantitativer ‚in situ‘ Kalibrierung keine signifikanten [Ca2+] Konzentrationsunterschiede in den einzelnen Kompartimenten [aus Rohrbach et al. 2006]. B, Vit.B6 de novo Synthese im Malariaerreger erfolgt durch den dodekameren PLP-Synthasekomplex, bestehend aus Pdx1 (cyanblau) und Pdx2 (gelb)(YaaD/YaaE, Strohmeier et al. 2006). Dabei kommt der C-Terminus eines Pdx1-Moleküls zwischen zwei Untereinheiten zu liegen. Bestimmte Bereiche des C-Terminus sind für die enzymatische Funktionalität wie Substratbindung und Katalyse entscheidend . Deletionen am C-Terminus führten zu verminderter Enzymaktivität  bis hin zu Verlust der Substratbindung und Oligomerisierung [Derrer et al. 2010].

Ionen-Homöostase und Stofftransport in Malaria-infizierten Erythrozyten

Durch verschiedene Transport- und Umschichtungsmechanismen paßt der Parasit das intrazelluläre Milieu des Eryhtrozyten seinen Bedürfnissen an. Beispielsweise baut der Parasit in einem seiner Kompartimente (Parasitophore Vakuole) hohe Konzentrationen an Ca2+ Ionen auf. So entstehen Triebkraft-Gradienten für gekoppelten Stofftransport. In seiner Freßvakuole besitzen insbesondere Parasiten, die gegen Malaria-Medikamente resistent geworden sind (z.B. Dd2 Stamm) gegenüber sensitiven Stämmen (z.B. HB3) ATP-getriebene ‚Multi-drug resistance‘ Transporter (Pgh-1 als Produkt des pfmdr1 Gens), welche für den Parasiten toxische Antimalaria-Medikamente aus der sensiblen Freßvakuole gerade wieder herauspumpen. Interessanterweise werden manche Fluorochrome, die zum Studium zellulärer Ca2+ Fluktuationen verwendet werden (z.B. Fluo-4), ebenfalls durch diese Transporter gepumpt. Das Studium von Ca2+ Fluoreszenz kann daher indirekt als Maß für Resistenz-Sensitivitäts-Screening eingesetzt werden. In bisherigen Studien in Kooperation mit Prof. Rohrbach (jetzt McGill University) konnten bereits Fluoreszenz-Pattern definiert werden, welche für resistente Stämme charakteristisch zu sein scheinen: Chloroquin-sensitive Stämme zeigten eine isolierte Fluo-4 Fluoreszenz in der sauren Freßvakuole, während sensitive Stämme, die den Farbstoff nicht in der Vakuole anhäufen, ein diffuses ‚staining pattern‘ zeigen. Ratiometrisches Ca2+ Imaging mit Fura-Red widerlegte ein bisheriges Dogma, die Freßvakuole sei ein Ca2+-Pool des Parasiten (s.Abb.).

Literatur

  • Rohrbach P, Friedrich O, Hentschel J, Plattner H, Fink RH, Lanzer M (2006). Quantitative calcium measurements in subcellular compartments of Plasmodium falciparum-infected erythrocytes. J Biol Chem 280(30): 27960-27969.
  • Rohrbach P, Sanchez CP, Hayton K, Friedrich O, Patel J, Sidhu AB, Ferdig MT, Fidock DA, Lanzer M (2006). Genetic linkage of pfmdr1 with food vacuolar solute import in Plasmodium falciparum. EMBO J 25(13): 3000-3011.