title: Aminoglycerophospholipid flipping and P4-ATPases in Toxoplasma gondii
Creators: name: Chen, Kai
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2024
Subjects: subject: NBD-Lipid
subject: Phosphatidylserin
subject: Phosphatidylethanolamin
subject: P4-ATPase
subject: Lem3/Cdc50
subject: Phospholipid-Umdrehung
subject: NBD-lipid
subject: Phosphatidylserine
subject: Phosphatidylethanolamine
subject: P4-ATPase
subject: Lem3/Cdc50
subject: Phospholipid flipping
subject: 570 Biologie

description: Die Umkehrung von Lipiden und die asymmetrische Verteilung in Membranbilayern sind häufige Phänomene bei Eukaryoten, katalysiert durch P4-ATPasen. Ihr Auftreten und ihre Bedeutung bei apikomplexen Parasiten sind jedoch wenig erforscht. Wir zeigen, dass Toxoplasma gondii Phosphatidylserin (PtdSer) und Phosphatidylethanolamin (PtdEtn) aus seiner Umgebung aufnehmen kann, jedoch keine Phosphatidylcholin (PtdCho)-Sonden. Die flusszytometrische Quantifizierung bestätigte die Selektivität des Phospholipidtransports und dessen Abhängigkeit von Energie (ATP) und Protein.Wir identifizierten fünf P4-ATPasen (TgP4-ATPase1-5) und ihre Untereinheiten - das Ligandeffektormodul (TgLem1-3) im Genom von T. gondii. TgP4-ATPase1 ist in der apikalen Plasmamembran mit TgLem1 vorhanden; TgP4-ATPase3 und TgLem3 sind im Golgi-Netzwerk lokalisiert, während TgP4-ATPase2 und TgP4-ATPase5 in der Plasmamembran und den Endo-/Zytomembranen vorkommen. Die Depletion von TgP4-ATPase1-3 beeinträchtigte das Wachstum des Parasiten in humanen Wirtszellen und offenbarte deren entscheidende Rolle. Zusätzlich zeigten unsere Arbeiten, dass TgP4-ATPase1 und TgLem1 zusammenarbeiten, um PtdSer über die Plasmamembran zu translozieren. Ein genetisches Ausschalten von P4-ATPase1 und eine bedingte Depletion von TgLem1 in Tachyzoiten störten die asexuelle Reproduktion und die Translokation von PtdSer erheblich. Die phänotypische Analyse einzelner Mutanten zeigte, dass die Lipidumkehrung für die Motilität, den Ausbruch und die Invasion der Tachyzoiten notwendig ist. Biotinylierungsbasierte Nähe-Assays und reziproke Immunpräzipitationsexperimente zeigten die physische Interaktion von P4-ATPase1 und Lem1. Unsere Ergebnisse verdeutlichen die Bedeutung der Lipidumkehrung während des lytischen Zyklus eines Modellpathogens und identifizieren P4-ATPase1 als potenzielles Wirkstoffziel in T. gondii.
description: Lipid flipping and asymmetric distribution in membrane bilayers is a common eukaryotic phenomenon catalyzed by various P4-ATPases. However, its occurrence, mechanism, and significance in apicomplexan parasites are not well understood. We demonstrate that Toxoplasma gondii, a clinically relevant intracellular parasite, can salvage phosphatidylserine (PtdSer) and phosphatidylethanolamine (PtdEtn) but not phosphatidylcholine (PtdCho) probes. Flow cytometric quantitation of NBD-lipid probes confirmed the selectivity of phospholipid transport and its dependence on energy (ATP) and protein. We identified five P4-ATPases (TgP4-ATPase1-5) and their subunits—ligand effector module (TgLem1-3) in the T. gondii genome. During the lytic cycle, TgP4-ATPase1 is located in the apical plasmalemma with its partner TgLem1; TgP4-ATPase3 and TgLem3 are in the Golgi network, while TgP4-ATPase2 and TgP4-ATPase5 are found in the plasmalemma and endo/cytomembranes. Depletion of TgP4-ATPase1-3 impaired parasite growth in human host cells, revealing their crucial roles. Further work showed that TgP4-ATPase1 and TgLem1 cooperate to translocate PtdSer across the plasma membrane. Genetic knockout of P4-ATPase1 and conditional depletion of TgLem1 in tachyzoites disrupted asexual reproduction and translocation of PtdSer. Additionally, phenotypic analysis of mutants indicated that lipid flipping is essential for the motility, egress, and invasion of tachyzoites. Proximity-dependent biotinylation and reciprocal immunoprecipitation assays confirmed the physical interaction of P4-ATPase1 and Lem1. Our findings highlight the significance of lipid flipping during the lytic cycle of a model pathogen and identify P4-ATPase1 as a potential drug target in T. gondii.