title: Recruitment of erythrocyte membrane components by apicomplexan parasites Babesia divergens and Plasmodium falciparum
title: Rekrutierung von Erythrozytenmembran Komponenten durch Apicomplexan Parasites Babesia divergens und Plasmodium falciparum
Creators: name: Gangopadhyay, Preetish
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2015
Subjects: Babesia divergens
Parasitologie
Life sciences
Biowissenschaften, Biologie
Parasitoloy, microscopy,cell biology,Plasmodium falciparum
Mikroskopie

description: There are a few parasitic protozoa
      that infect erythrocyte and the erythrocyte does not play any
      essential or even obligatory role in the parasite survival
      and subsequent development for most of these, but for two
      apicomplexan parasites of the genera Plasmodium and Babesia.
      For these parasites, the host erythrocyte plays a vital role
      in survival and in associated pathogenicity (directly or
      indirectly). Moreover these two parasites are also known to
      alter the host cell differentially; for what seems
      customising it to specific requirements. Of these alterations
      one prominent is the formation of the unique vacuolar
      compartment ‘parasitophorus vacuole’ surrounded by
      ‘parasitophorus vacuole membrane. However our idea about the
      contribution of the host cell towards the PVM is limited. In
      absence of any marker for PVM, the formation and the fate too
      had not been studied in details but in a few apicomplexa. I
      took the advantage of a Babesia divergens strain, adapted to
      human erythrocytes (B. divergens normally infect cattle or
      immuno-suppressed humans) and used Plasmodium falciparum
      clone 3D7 (routinely cultured in human erythrocyte) and did a
      detailed comparative analysis between the PVM formed the
      invasion of these two related obligate intracellular
      apicomplexa in identical host cell (erythrocyte).
      Ultrastructure analysis of infected erythrocytes revealed
      that unlike Plasmodium falciparum, which remained inside the
      PV all along the intra-erythrocytic development, the Babesia
      divergens lost its PVM sometime soon after invasion: an
      observation, possibly indicating that the maintenance of the
      PV per se as a protective environment is not a prerequisite
      for this parasite growth. Thereafter with a strict selection
      of erythrocyte membrane proteins (membrane anchor containing,
      membrane spanning, cytoskeletal, cytoskeleton associated and
      erythrocyte surface receptor), reportedly internalized or
      discounted during the invasion by P. falciparum and present
      or absent on the newly formed PVM based on their association
      with erythrocyte cytoskeleton, I performed epifluorescence
      microscopy and biochemical analysis. I aimed to demonstrate
      the fate of these proteins parallaly in P. falciparum and B.
      divergens infected erythrocytes. I took help of
      immuno-electron microscopy to confirm my results. With
      fluorescence microscopy, I could show that both of the
      parasites took up labelled lipid components were from the
      labelled erythrocyte surface and recruited them onto their
      respective PVMs. However there was a difference in the
      recruitment of proteins between these two. A high copy
      number, erythrocyte membrane protein (Band 3) and a
      cytoskeletal protein (Spectrin) was found present in the PVM
      of Babesia divergens but not in PVM of Plasmodium falciparum.
      Parallel to this in B. divergens infected erythrocytes;
      PVM-localization could not be confirmed for few proteins, for
      which incorporation into the PVM of P. falciparum had been
      suggested in several reports. Altogether the results obtained
      from this study suggest that the recruitment or exclusion of
      specific membrane components is determined in a parasite
      specific manner and is not regulated by the intrinsic
      properties of the erythrocyte membrane. However incorporation
      or exclusion of different proteins may also reflect
      difference in the preferred entry sites for these parasites,
      leading ultimately to the difference in components of the PVM
      and show the possibility of using such parasites as molecular
      tools for understanding the inducible physiological
      processes, generally silent in such quiescent cells
      (erythrocyte).
description: Es gibt nur wenige parasitische
      Protozoen, die Erythrozyten befallen. Außer für die
      apicomplexen Parasiten der Gattungen Plasmodium und Babesia
      spielen Erythrozyten keine wichtige oder obligate Rolle für
      intrazelluläre Parasiten. Für die beiden genannten Parasiten
      jedoch spielt der Erythrozyt eine wichtige Rolle, sowohl für
      das Überleben als auch für die Pathogenität (direkt oder
      indirekt). Es ist bekannt, dass diese Parasiten die
      Erythrozyten auf verschiedene Art und Weise verändern, um sie
      an ihre Bedürfnisse anzupassen. Die prominenteste Veränderung
      ist die Bildung der parasitophoren Vakuole, die von der
      parasitophoren Vakuolenmembran umgeben ist. Wie genau die
      Wirtszelle zur Bildung der PVM beiträgt ist jedoch bisher
      unbekannt. Ohne Marker für die PVM wurde bisher, mit der
      Ausnahme weniger Apicomplexa, weder die Bildung noch das
      Schicksal der PVM untersucht. Für diese Arbeit habe ich einen
      an humane Erythrozyten angepassten Stamm von Babesia
      divergens (B.divergens befällt normalerweise Rinder oder
      immunsupprimierte Menschen) und den Plasmodium
      falciparum-Stamm 3D7 (standartmäßig in humanen Erythrozyten
      kultiviert) benutzt und eine detaillierte vergleichende
      Analyse zwischen der PVM, die während der Invasion von diesen
      verwandten, obligat intrazellulären, Apicomplexa in
      identischen Wirtszellen (Erythrozyten) gebildet wird,
      durchgeführt. Durch Ultrastrukturanalysen konnte gezeigt
      werden, dass im Gegensatz zu Plasmodium falciparum, welche
      während der gesamten erythrozytären Entwicklung in der PV
      verbleibt, Babesia divergens die PV bald nach der Invasion
      verliert. Diese Beobachtung könnte darauf hinweisen, dass die
      Instandhaltung der PV per se als schützende Umgebung keine
      Grundvoraussetzung für Parasitenwachstum ist. Danach wurde
      mit strikter Auswahl an erythrozytären Membranproteinen
      (Proteine, die Membrananker enthalten, membranspannend, Teil
      des Zytoskeletts, mit dem Zytoskelett assoziiert oder
      Oberflächenrezeptoren der Erythrozyten sind), die bekannter
      Weise während der Invasion von Plasmodium falciparum
      aufgenommen oder ausgeschlossen werden und auf der
      neugeformten PVM an- oder abwesend sind (basierend auf der
      Assoziation mit dem Zytoskelett) Epifluoreszenzmikroskopie
      und biochemische Analysen durchgeführt. Ziel war es, das
      Schicksal dieser Proteine parallel in mit P. falciparum
      beziehungsweise B. divergens infizierten Erythrozyten zu
      zeigen. Mit Hilfe von Elektronenmikroskopie habe ich meine
      Ergebnisse bestätigt. Mit Fluoreszenzmikroskopie konnte ich
      zeigen, dass beide Parasiten markierte Lipidbestandteile von
      der markierten Erythrozytenoberfläche aufgenommen und in die
      neu gebildete PVM eingebaut haben. Es gab jedoch einen
      Unterschied in der Rekrutierung zwischen beiden Parasiten.
      Eine hohe Anzahl an erythrozytärem Membranprotein (Band3) und
      Zytoskelettprotein (Spektrin) wurde in der PVM von Babesi
      divergens gefunden, jedoch nicht in der PVM von Plasmodium
      falciparum. Parallel dazu wurden in B. divergens-infizierten
      Erythrozyten manche Proteine nicht in der PVM gefunden, für
      die mehrfach eine PVM-Lokalisierung in P. falciparum
      berichtet wurde. Insgesamt deuten die Ergebnisse dieser
      Arbeit darauf hin, dass die Rekrutierung bzw. der Ausschluss
      von spezifischen Membrankomponenten vom Parasiten gesteuert
      und nicht durch intrinsische Eigenschaften der
      Erythrozytenmembran bestimmt wird. Die Aufnahme oder der
      Ausschluss von verschiedenen Proteinen könnte auch
      Unterschiede in der bevorzugten Eintrittsstelle dieser beiden
      Parasiten widerspiegeln, was letztendlich zu den
      unterschiedlichen Komponenten in der PVM führt.