The expected and unexpected roles of Plasmodium telomere-associated proteins : Telomerase, SIR2A and SIR2B

Telomere begrenzen die Enden eukaryotischer Chromosomen und sind mit einer als Telosomen bezeichneten Gruppe von Proteinen bedeckt, die die Telomere vor deren Abbau schutzen und somit die Stabilitat des Genoms sicherstellen. In Plasmodium wurde ein hoch konserviertes Telosom Protein identifiziert, das histone (protein) deacetylase silent information regulator 2 Protein (PfSIR2A) und sein Homolog SIR2B. Das P. falciparum SIR2A Protein scheint eine kritische Rolle bei der Regulation von Multigen Familien (z. B. var Gene) zu spielen, die in den Prozess der Antigenvariation involviert sind, ein Mechanismus der es pathogenen Organismen erlaubt ihre Oberflachenantigene zu verandern um dem Immunsystem ihres Wirts zu entgehen. Eine Deletion von Pfsir2a oder Pfsir2b fuhrt zur Hochregulierung der Transkription bestimmter var Gene in den jungen asexuellen Blutstadien. Orthologe der beiden sir2 Gene von P. falciparum wurden in allen Plasmodium Arten gefunden, deren Genome bis dato sequenziert wurden, einschliesslich dem des Nagerparasiten P. berghei. Drei P. berghei Zelllinien wurden generiert und geklont: Pbsir2a, Pbsir2b, Pbsir2a/b. In der Maus wurden keine Veranderungen beim Wachstum der asexuellen Blutstadien, der Vermehrungsrate oder der Virulenz der drei mutierten Parasitenlinien beobachtet. Die Analyses des Transkriptoms der asexuellen Blutstadien der Doppel-Nullmutante (Pbsir2a/b) zeigte eine Deregulierung von Genfamilien in der sub-telomer Region (bir, Pb-fam), die mit dem Prozess der Antigenvariation in Verbindung stehen und bestatigte die Art der Genregulation durch SIR2, die fur P. falciparum gezeigt wurde. Die Deletion von Pbsir2b hatte keinerlei Effekt auf das Wachstum der Parasiten wahrend des gesamten Lebenszyklus, weshalb eine essenzielle Rolle des SIR2B Proteins fur die Entwicklung der Moskito und Leberstadien ausgeschlossen werden kann. Die Deletion des Pbsir2a Gens fuhrte jedoch zu einer unerwarteten Blockade der Entwicklung der Parasiten im Moskito beim Ubergang vom Ookineten zum Oozysten Stadium. Bei der Analyse transgener Parasiten die eine GFP-markierte Form von PbSIR2A exprimieren, beobachteten wir eine bisher nicht charakterisierte Lokalisierung ausserhalb des Zellkerns am apikalen Pol der Ookinete. Morphologische Studien und die Untersuchung der Verteilung und Konzentration mehrerer micronemaler Proteine sowie einleitende Untersuchungen des Acetylierungsstatus von Proteinen in den mutierten Ookineten deuten auf eine aberrante Funktion des apikallen Apparates hin, welche womoglich einen minimalen Effekt auf die Motilitat der Ookinete hat. Diese Ergebnisse weisen auf eine mogliche Funktion von SIR2A wahrend der Anheftung/ Invasion/ Durchquerung der Ookinete durch die Mitteldarmwand des Moskitos hin. Ein weiteres Protein das fur die Funktion der Telomere kritisch ist, ist das hoch konservierte Telomerase Holoenzym, welches fur den Erhalt der Lange der Telomere wichtig ist. Bei jeder Zellteilung werden die Telomere aufgrund des Problems der End-Replikation verkurzt. Die Ribonukleoprotein Telomerase Reverse Transkriptase (TERT) ist die zentrale Untereinheit des Telomerase Komplexes und fugt den G-reichen 3’ Enden der Chromosomen neue repetitive Oligomere hinzu. Dadurch wird ein vorzeitiges Altern und letztendlich der Zelltod (verzogerter lethaler Phenotyp) verhindert, wie er in TERT und TR- defizienten Pflanzenzellen, Hefen, Protozoen und Saugerzellen beschrieben wurde, bei denen die Telomerase in erster Linie fur den Erhalt funktioneller Telomere verantwortlich ist. Die Lange der Telomere in Plasmodium ist stabil wahrend der Blutzellstadien und die Aktivitat der TERT ist nachweisbar wahrend der Trophozoiten- und Schizontenstadien, in denen die Replikation der DNA stattfindet. TERT wurde weithin als mogliches Zielmolekul fur die Entwicklung von Medikamenten beispielsweise gegen Krebszellen untersucht und eine Inhibierung des Tumorwachstums konnte gezeigt werden. Vorlaufige, bisher nicht publizierte Daten uber den Effekt von Nucleosid-Analogen auf P.falciparum in vitro Kulturen zeigen einen lethalen Effekt auf die Blutstadien der Parasiten nach 3-5 Zyklen bei micromolaren Konzentrationen (A. Scherf, Institute Pasteur). Eine kurzlich veroffentlichte Evaluierung verschiedener Komponenten deutet auf eine hohe anti-plasmodiale Aktivitat von Delarvidine in vitro gegen Leberstadien von P. yoelii hin. Zusatzlich zu diesen Daten kann ein negativer Effekt durch das Fehlen von TERT bei Deletionsversuchen in P. berghei beobachtet werden. Obwohl die Anwesenhiet von tert- Parasiten in der anfanglichen Population direkt nach der Transfektion beobachtet wurde, konnten keine tert- Klone gewonnen werden. Dies ist in Ubereinstimmung mit dem verzogerten lethalen Phenotyp, der in anderen Organismen beobachtet wurde. Die gewonnenen Resultate zeigen das TERT fur die Entwicklung von Plasmodium essentiell ist und kennzeichnen Anti-Telomerase Medikamente als mogliche Hilfsmittel bei der Behandlung von Malaria Erkrankungen.