Redoxnetzwerke des Malariaerregers Plasmodium : Validierung von Schlüsselenzymen für neue chemotherapeutische Ansätze
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Zusammenfassung
Die Malaria-assozierte Pathologie wird durch die Entwicklung von Plasmodien in den Erythrozyten ihres Wirtes verursacht. Um ein reduzierendes intrazelluläres Milieu in diesem Sauerstoff-reichen Umfeld zu erhalten, haben Malaria-Parasiten ein komplexes antioxidatives Netzwerk entwickelt, welches auf zwei zentralen Elektronen-Donatoren beruht, dem Glutathion und dem Thioredoxin. Die intrazellulären Spiegel dieser beiden redox-aktiven Peptide in reduzierter und damit reduzierender Form werden durch die entsprechenden NADPH-abhängigen Flavoenzyme Thioredoxinreduktase (TrxR) und Glutathionreduktase (GR) aufrechterhalten. Da Katalase und eine klassische Selen-abhängige Glutathionperoxidase in Plasmodium fehlen, spielen die auf den Enzymen Thioredoxin- und Glutathionreduktase basierenden Systeme eine besondere Rolle. Weitere Bestandteile der antioxidativen Abwehr sind verschiedene Mitglieder der Thioredoxin-Familie, vor allem das Plasmodien-spezifische Plasmoredoxin (Plrx), welches als zusätzliche Verteidigungslinie der Parasiten gegen oxidativen Stress diskutiert wird. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden antioxidative Proteine der Parasiten untersucht, die als Zielmoleküle für die rationale Medikamentenentwicklung von Bedeutung sind. Um zu klären, welche der beteiligten Proteine sich aufgrund einer essentiellen Funktion in den Blutstadien-Parasiten insbesondere dafür eignen, wurden die zugrunde liegenden Gene dreier Redox-Proteine mit Methoden der reversen Genetik untersucht. Dies geschah durch stabile Gen-Inaktivierung unter Nutzung von Integrations- und replacement-Strategien, im Falle der Glutathionreduktase ergänzt durch Gen-Komplementation mit dem entsprechenden Ortholog. Die Targetvalidierung individueller redox-aktiver Proteine ist eine unerlässliche Voraussetzung für die rationale Entwicklung neuer effektiver Antimalaria-Medikamente. Die erfolgreiche Herstellung von Plasmoredoxin knock out-Mutanten in Nagetiermalaria-Modellparasiten und die phänotypischen Analysen im Verlauf des Lebenszyklus offenbarten in vitro und in vivo keine essentiellen Funktionen dieses Proteins. Dieses Ergebnis kann mit funktioneller Redundanz innerhalb der Mitglieder der Thioredoxin-Familie erklärt werden, somit bietet sich eine weitere Arzneimittelentwicklung allein auf der Basis Plasmoredoxin-spezifischer Inhibitoren nicht an. Weiterhin konnten Thioredoxinreduktase-defiziente P. berghei-Mutanten erzeugt werden. Eine systematische Analyse dieser Parasiten im Verlauf des Plasmodium-Lebenszyklus zeigte an keiner Stelle eine lebensnotwendige Funktion der Thioredoxinreduktase. Dies steht im Gegensatz zu früheren in vitro-Studien bei P. falciparum, welche diesem Enzym eine essentielle Funktion zuschrieben. Da ein praktikables in vivo-Modell für humanpathogene Malaria-Parasiten nicht verfügbar ist, verdeutlicht das hier vorgestellte Ergebnis der Targetvalidierung für Thioredoxinreduktase die Bedeutung funktioneller Studien in Nagetiermalaria-Modellen für die präklinische Entwicklung neuer Medikamente gegen Malaria. Für eines der viel versprechendsten drug targets von Malaria-Parasiten, der Glutathionreduktase, konnte auf genetischer Ebene der Beweis erbracht werden, dass durch den Verlust der Funktion dieses Enzyms die Parasiten nicht lebensfähig sind. Somit nimmt die Glutathionreduktase in dem komplexen antioxidativen Netzwerk von Plasmodium eine zentrale und essentielle Rolle ein. Zusätzlich wurde in dieser Arbeit die molekulare Wirkungsweise des seit mehr als 100 Jahren klinisch genutzten Medikaments Methylenblau auf Malaria-Parasiten untersucht. Hierbei zeigte sich, dass diese Verbindung neben ihren inhibierenden Eigenschaften interessante Charakteristika als subversives Substrat verschiedener Disulfidreduktasen besitzt. Bei Anwesenheit von Methylenblau werden diese Enzyme zu pro-oxidativen, H2O2-produzierenden Verbindungen, welche die reduzierenden zellulären Bedingungen herausfordern, statt sie zu bewahren.Verknüpfung zu Publikationen oder weiteren Datensätzen
Beschreibung
Anmerkungen
Erstpublikation in
Giessen : VVB Laufersweiler 2008