@phdthesis{Kuehn2013,
  author    = {K{\"u}hn, Andrea},
  title     = {The molecular interplay of proteins expressed in the sexual stages and the induction of gamete formation in the malaria parasite Plasmodium falciparum},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-98028},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Transmission of the malaria parasite from man to the mosquito requires the formation of sexual parasite stages, the gametocytes. The gametocytes are the only parasite stage that is able to survive in the mosquito midgut and to undergo further development - gamete formation and fertilization. Numerous sexual stage-specific proteins have been discovered, some of which play crucial roles for parasite transmission. However, the functions of many sexual stage proteins remain elusive. Amongst the sexual stage-specific proteins are the proteins of the PfCCp proteins family, which exhibit numerous adhesion domains in their protein structures. For four members of the protein family, PfCCp1 to PfCCp4 gene-disruptant parasite lines had been already studied. Amongst these, PfCCp2 and PfCCp3 showed an important role for development of the parasites in the mosquito. In the present work the study of gene-disrupted parasites of the PfCCp Protein family was completed. PfCCp5-KO and PfFNPA-KO parasite lines were characterized to a great extent and many properties were similar to those of other PfCCp proteins. The co-dependent expression previously reported to be a phenomenon of PfCCp proteins was also observed in these two mutants, although to lesser extent. When either PfCCp5 or PfFNPA were absent, all other proteins were detected in reduced abundance only. Co-dependent expression manifests exclusively on the protein level. Transcript levels were not altered as RT-PCR showed. Amongst PfCCp proteins numerous proteinproteins interactions are taking place. The previously described multimeric protein complexes also include further sexual stage-specific proteins like Pfs230, Pfs48/45 and Pfs25. Recently, a new component of PfCCp-based multimeric protein complexes had been identified. The protein was named PfWLP1 (WD repeat protein-like protein 1) due to its possession of several WD40 repeats. In the present study expression of this uncharacterized protein was investigated via indirect IFA. It was expressed in asexual blood stages and gametocytes. Upon gamete formation and fertilization its expression ceased. Another sexual stage protein studied in this work was PfactinII. It was shown to be exclusively expressed in sexual stages. In gametocytes it co-localizes with Pfs230 and correct localization of PfactinII depends on presence of Pfs230. Transcript analysis by means of RT-PCR revealed the expression of several components of the IMC in gametocytes. Furthermore, five or six myosin genes encoded in the P. falciparum genome were detected in gametocytes. Gametocyte egress was studied on the ultrastructural level via transmission electron microscopy and an inside-out type of egress was observed. Firstly, the membrane of the parasitophorous vacuole (PVM) was lysed and only thereafter the membrane of the red blood cell (RBCM) ruptured. Furthermore, a new inductor of gametogenesis was identified: The K+/H+ ionophore nigericin induced gametocytes activation in the absence of xanthurenic acid (XA), which is responsible for gamtetocyte activation in the mosquito midgut. Selective permeabilization of RBCM and PVM by the mild detergent saponin, showed that in the absence of these membranes male gametocytes were still able to perceive both XA and the drop in temperature. Thus, the receptors for both factors signaling the parasite transmission to the mosquito, seem to be of parasitic origin. LC/MS/MS analysis confirmed the ability of RBCs to take up XA. With malaria eradication on the agenda of malaria research targeting the sexual stages becomes a crucial part of intervention strategies. The sexual stages are especially attractive target as they represent a population bottleneck. The here reported findings on P. falciparum gametocytes provide several potential candidate proteins for developing tools to interrupt transmission from man to mosquito. Such tools might include Transmission blocking vaccines and drugs.},
  subject      = {Malaria},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Rupp2009,
  author    = {Rupp, Ingrid},
  title     = {Die Gametogenese des humanpathogenen Malariaerregers Plasmodium falciparum - eine Charakterisierung von daran beteiligten Proteasen sowie die Beschreibung und Funktionsanalyse von dabei auftretenden interzellul{\"a}ren Gametenfilamenten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-47830},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Malaria stellt mit einer Mortalit{\"a}t von {\"u}ber einer Million Menschen pro Jahr die bedeutsamste Tropenkrankheit f{\"u}r den Menschen dar. Wachsende Resistenzen der Malariaerreger gegen{\"u}ber den verf{\"u}gbaren Medikamenten erh{\"o}hen mehr denn je den Druck, neue Therapiem{\"o}glichkeiten sowie einen Impfstoff gegen diese Krankheit zu entwickeln. Eine Unterbrechung des sexuellen Fortpflanzungszyklus im Laufe der Transmission von Mensch zu Stechm{\"u}cke w{\"u}rde zu einem Verbreitungsstopp des Erregers f{\"u}hren. Sowohl die Identifizierung von molekularen Wechselwirkungen als auch die Erforschung von an Fertilisationsereignissen beteiligten Prozessen sind wichtige Schritte, um die Sexualphase des Erregers aufzukl{\"a}ren und neue Angriffspunkte f{\"u}r Medikamente oder Vakzine zu entwickeln. Dem Genom von P. falciparum konnten 92 putative Proteasen zugeordnet werden, von denen nur ein geringer Bruchteil charakterisiert worden ist. Unter Anwendung von Protease-Inhibitoren konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die Exflagellation der m{\"a}nnlichen Gameten die Beteiligung von Proteasen verschiedener Kategorien ben{\"o}tigt. Die Ergebnisse belegten, dass die Aktivit{\"a}t von zwei oder mehr Serinproteasen, von Falcipain-{\"a}hnlichen Cysteinproteasen, von nicht-Thermolysin-{\"a}hnlichen Zink-Metalloproteasen und von Aspartatproteasen f{\"u}r den erfolgreichen Abschluss der m{\"a}nnlichen Gametogenese eine wichtige Voraussetzung ist. Die Lokalisation des Cysteinproteasen- und Falcipain-hemmenden Inhibitors bADA konnte erstmals im Zytosol von Sexualstadien nachgewiesen werden. In dieser Arbeit wurden zus{\"a}tzlich die Proteasen Calpain, DPAP2, GPI8, Metacaspase 2, Plasmepsin 6 und PfSub3 n{\"a}her untersucht. RT-PCR-Analysen konnten die Transkription der sechs ausgesuchten Proteasen in gemischten asexuellen Parasiten sowie zum Großteil in Gametozyten, Gameten und Zygoten belegen. Die Transformation von asexuellen Parasiten mit entsprechenden knockout-Konstrukten deckte f{\"u}r Metacaspase 2 und PfSub3 auf, dass sie im asexuellen Vermehrungszyklus nicht essentiell und die entsprechenden Genloci f{\"u}r Rekombinationsereignisse zug{\"a}nglich sind. Die Ergebnisse der {\"u}brigen Transformationen deuteten darauf hin, dass Calpain essentiell im asexuellen Vermehrungszyklus und dass der Genlocus von Plasmepsin 6 f{\"u}r Rekombinationsereignisse unzug{\"a}nglich ist. Proteinexpressionsstudien anhand von Western-Blot-Analysen und Immunfluoreszenzstudien f{\"u}r PfSub3 konnten Hinweise darauf liefern, dass diese Serinprotease in asexuellen Parasiten, nicht-aktivierten sowie aktivierten Sexualstadien exprimiert wird. Aufgrund der in dieser Arbeit generierten Ergebnisse konnten im Laufe der Gametogenese auftretende Gametenfilamente morphologisch beschrieben sowie Hinweise auf ihre m{\"o}gliche Funktion erlangt werden. Durch die Anwendung von Immunfluoreszenzstudien, rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen sowie die Analyse lebender Gameten konnte gezeigt werden, dass die bis zu 180 µm langen Filamente am Ende geschlossen sind und einen Durchmesser von ca. 200 nm aufweisen. Die tubul{\"a}ren Zellausl{\"a}ufer konnten weiterhin als verzweigte sowie nicht-verzweigte Ausl{\"a}ufer der parasit{\"a}ren Plasmamembran dargestellt werden, die mit Zytoplasma gef{\"u}llt sind. Es konnte belegt werden, dass die Aktin-assoziierten Filamente in periodischen Abst{\"a}nden von beulenartigen Ausw{\"o}lbungen unterbrochen werden und dass sie in rasterelektronenmikroskopischen Analysen ein perlschnurartiges Erscheinungsbild aufweisen. Weiterhin wurde dokumentiert, dass die Zellausl{\"a}ufer mit typischen sexualstadienspezifischen Proteinen wie Pfs25, Pfs230, Pfs48/45 und PfCCp4 assoziiert vorliegen, wobei das Fehlen einzelner dieser Proteine jedoch nicht das Ausbilden der Gametenfilamente verhinderte. Als typisches Charakteristikum der Filamente konnte ihre Eigenschaft beschrieben werden, mehrere Makrogameten und zum Teil Gametozyten in einem Zellkluster miteinander netzartig zu verbinden, wobei bis zu neun Filamente von einem Makrogameten ausgehend beobachtet werden konnten. Die Gametenfilamente zeigten ebenfalls die F{\"a}higkeit, an umliegende nicht-infizierte Erythrozyten sowie mit asexuellen Parasiten infizierte Erythrozyten zu adh{\"a}rieren. Die Filamente waren bereits f{\"u}nf Minuten nach der Aktivierung der Gametozyten und im Laufe der Gametogenese bei 33 bis 73 \% der Zellen nachweisbar. Die Gametenfilamente blieben bis zu 12 Stunden nach Aktivierung der Gametozyten mit der Zelloberfl{\"a}che verbunden. Der aktive Einzug eines Zellfilaments sowie die Bildung der Gametenfilamente im Mitteldarm der Stechm{\"u}cke konnte ebenfalls demonstriert werden. Die in dieser Arbeit dargestellten Ergebnisse lieferten unter anderem den Grundbaustein einer formulierten Funktionshypothese f{\"u}r diese Gametenfilamente. Es wird angenommen, dass die Filamente aufgrund ihrer adh{\"a}siven Eigenschaften im Laufe der Befruchtung von Plasmodium im Mitteldarm der Stechm{\"u}cke auftreten. M{\"o}glicherweise bedienen sich vitale Gameten dieser Strukturen, um andere Sexualstadien zu finden und sie zu verbinden.},
  subject      = {Plasmodium falciparum},
  language  = {de}
}