Investigation and exploitation of the biology of the members of the conserved 48/45 gene superfamily of Plasmodium - a family of surface proteins with proven vaccine potential.
Projectomschrijving
De malariaparasiet (Plasmodium) beschikt over 10 genen die verantwoordelijk zijn voor de productie van eiwitten aan hun celoppervlak. Die eiwitten zijn bijvoorbeeld betrokken bij noodzakelijke contacten tussen de geslachtscellen van de malariaparasiet en bij het contact tussen parasiet en gastheercellen. De eiwitten zouden gebruikt kunnen worden voor de ontwikkeling van een vaccin tegen malaria. Ook kunnen ze de ontwikkeling van de parasiet blokkeren. De onderzoekers hebben de functie van de verschillende eiwitten onderzocht en beoordeeld of ze geschikt zijn voor een vaccin. Het eiwit P36p, dat noodzakelijk is voor het binnendringen van de parasiet in levercellen, blijkt een geschikte kandidaat. Onder andere voor het maken van een ‘kreupele’ malariaparasiet, die gebruikt zou kunnen worden voor vaccinatie tegen malaria.
Producten
Auteur: van Schaijk BC, van Dijk MR, van de Vegte-Bolmer M, van Gemert GJ, van Dooren MW, Eksi S, Roeffen WF, Janse CJ, Waters AP, Sauerwein RW.
Magazine: Molecular and Biochemical Parasitology
Auteur: Waters, A.P. Mota, M.M., van Dijk, M.R. & Janse C.J.
Magazine: Science
Auteur: van Dijk MR, Douradinha B, Franke-Fayard B, Heussler V, van Dooren MW, van Schaijk B, van Gemert GJ, Sauerwein RW, Mota MM, Waters AP, Janse CJ.
Magazine: Proceedings of the National Academy of Sciences USA
Auteur: Waters, A.P.
Magazine: Cell
Auteur: Melissa R. van Dijk1, Ben C.L. van Schaijk2, Shahid M. Khan1, Maaike W. van Dooren1, Jai Ramesar1, Szymon Kaczanowski3, Geert-Jan van Gemert2, Hendrik G Stunnenberg4, Wijnand M. Eling2, Robert W. Sauerwein2, Chris J. Janse1 and Andrew P. Waters1* 1Laboratory for Parasitology, Leiden University Medical Center, Leiden, The Netherlands 2Department of Medical Microbiology, Radboud University Nijmegen Medical Center, Nijmegen, The Netherlands. 3Institute of Biochemistry and Biophysics, Polish Acad
Magazine: Molecular Microbiology
Verslagen
Eindverslag
De verschillende malaria parasieten (Plasmodium spp.) hebben in hun genoom een kleine familie van 10 genen, die coderen voor membraan-gebonden eiwitten met een potentiële ‘receptorachtige’ activiteit, de zogenoemde ‘6-Cys’ gen familie. Bijna al deze eiwitten komen tot expressie op de oppervlakte van de celmembraan van die levensstadia van de parasiet die direct betrokken zijn bij interacties tussen cellen. Bijvoorbeeld, bij de interactie tussen de gameten van de parasiet of bij interacties van de parasiet met cellen van de gastheer. Een aantal van deze eiwitten komt tot expressie in de gameten van de parasiet en kunnen daarom potentiële vaccinkandidaat antigenen zijn voor de ontwikkeling van een vaccin dat bevruchting en dus de transmissie van de parasiet door de mug blokkeert (transmissie-blokkade (TB) vaccin). Negen van de 10 genen kunnen in 3 groepen worden op basis van hun expressiepatroon in één stadium. Groep 1: Eiwitten specifiek voor de gametocyten/gameten (p48/45, p47, p230 en p230p). Groep 2: Eiwitten specifiek voor de sporozoiet, het stadium dat levercellen binnendringt (p36 en p36p). Groep 3: Eiwitten specifiek voor de merozoiet, het stadium dat rode bloedcellen binnendringt. (p12, p12p en p41).
In deze studie is een functionele analyse van deze genen uitgevoerd door middel van ‘reverse genetics’ technologieën. Met behulp van genetische transformatie zijn knock-out parasieten gecreëerd die deficiënt zijn in het tot expressie brengen van deze genen en is het fenotype van deze mutanten geanalyseerd, met als doel het identificeren en karakteriseren van eiwitten die geschikte kandidaten zijn voor de ontwikkeling van een vaccin. Deze functionele analyse is uitgevoerd met een malariaparasiet van knaagdieren. Deze parasiet, Plasmodium berghei, is een belangrijk model binnen het malaria onderzoek
Wij hebben aangetoond dat 3 van de 10 genen coderen voor eiwitten die een essentiële rol vervullen bij de versmelting van gameten van de malaria parasiet. Zowel het P48/45 en P230 spelen een belangrijke rol bij de fertiliteit van de mannelijke gameten, terwijl P47 juist een rol vervult bij de fertiliteit van de vrouwelijke gameet. Deze resultaten benadrukken dat P48/45, P230 en P47 goede kandidaat-eiwitten zijn voor de ontwikkeling van een vaccin dat immuniteit opwekt tegen deze eiwitten waardoor de seksuele ontwikkeling en de transmissie van de malaria parasiet geblokkeerd wordt. In samenwerking met het UMC St Radboud (Nijmegen) zijn de homologe eiwitten van Plasmodium falciparum, een malaria parasiet van de mens, geanalyseerd. Hieruit blijkt dat deze eiwitten eenzelfde rol vervullen bij de fertiliteit van gameten van deze parasiet. Interessant is dat bevruchting niet volledig geblokkeerd is in de mutant-parasieten die deze eiwitten niet tot expressie brengen. Dit suggereert dat er een alternatief ligand-receptor eiwitcomplex is dat betrokken is bij de gameet-interactie en bevruchting. Informatie over ‘alternatieve’ mechanismen voor bevruchting van gameten is uitermate belangrijk voor een rationele aanpak van de ontwikkeling van een TB-vaccin, dat gebaseerd is op de eiwitten van gameten die bij de bevruchting betrokken zijn.
Een onverwachte vinding in het onderzoek was dat twee eiwitten van deze familie onmisbaar zijn voor de parasiet bij de infectie van de lever (P36, P36p). Het zogenoemde sporozoieten stadium, dat via een beet van een geïnfecteerde mug het lichaam binnenkomt, kan wel de levercellen binnendringen maar daarna zich niet verder ontwikkelen wanneer het deze eiwitten niet tot expressie brengt. Daarnaast kunnen deze mutanten niet voorkomen dat de geïnfecteerde levercel apoptosis ondergaat, waartoe een normale parasiet wel in staat is. Omdat de mutant-parasieten, die het eiwit P36p niet tot expressie brengen, ‘geattenueerd’ zijn in de groei en zich niet verder kunnen ontwikkelen in het lichaam van de gastheer en geen ziekteverschijnselen veroorzaken, is onderzocht of deze mutanten geschikte parasieten zijn voor de