Achim J. Kaasch

• Toxoplasma gondii ist ein obligat intrazellulärer, einzelliger Parasit aus dem Phylum der Apicomplexa. Infektionen des Menschen mit T. gondii verlaufen meist subklinisch. Nach einer Infektion persistiert der Erreger für viele Jahre in Hirn- und Muskelgewebe. Durch Reaktivierung des Erregers, z. B. durch eine Immunschwächekrankheit oder unter Immunsuppression, kann eine Enzephalitis mit septischer Streuung entstehen. Eine diaplazentare Infektion führt zur Fetopathia toxoplasmotica mit Früh- und Totgeburten oder zu der typischen enzephalitischenToxoplasma gondii ist ein obligat intrazellulärer, einzelliger Parasit aus dem Phylum der Apicomplexa. Infektionen des Menschen mit T. gondii verlaufen meist subklinisch. Nach einer Infektion persistiert der Erreger für viele Jahre in Hirn- und Muskelgewebe. Durch Reaktivierung des Erregers, z. B. durch eine Immunschwächekrankheit oder unter Immunsuppression, kann eine Enzephalitis mit septischer Streuung entstehen. Eine diaplazentare Infektion führt zur Fetopathia toxoplasmotica mit Früh- und Totgeburten oder zu der typischen enzephalitischen Trias aus Chorioretinitis, Hydrozephalus und zerebralen Verkalkungen. Ein Mechanismus, der es T. gondii ermöglicht im Wirtsorganismus zu überleben, ist die ungewöhnlich hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber freien Radikalen. Die wichtigste Quelle für freie Radikale bei der Abwehrreaktion des Wirtsorganismus ist Wasserstoffperoxid (H2O2 ). Es wird beim sogenannten „respiratory burst“ von Makrophagen freigesetzt, diffundiert dann durch biologische Membranen und schädigt DNA, Lipide und Proteine durch Zerfall in Sauerstoffradikale. Außerdem entsteht (H2O2 ) auch bei normalen Stoffwechselvorgängen in den Persoxisomen der Zelle. Das Enzym Katalase (EC 1.11.1.6) wandelt zweiWasserstoffperoxidmoleküle in Wasser und Sauerstoff um und eliminiert somit toxisches Wasserstoffperoxid. Katalase liegt zumeist in spezialisierten Zellorganellen, den Peroxisomen oder Microbodies, vor. Dort dient es zum Abbau von bei metabolischen Prozessen entstehendem Wasserstoffperoxid. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Katalase von Toxoplasma gondii kloniert und charakterisiert. Die Klonierung von T. gondii Katalase cDNA ergab ein Protein mit 502 Aminosäuren und einem errechneten Gewicht von 57.2 kDa mit starker Homologie zu anderen eukaryontischen Katalasen. Ein polyklonales Antiserum gegen ein GST-Fusionsprotein zeigte imWestern-blot eine Bande bei ungefähr 63 kDa. Die Immunfluoreszenz zeigte ein vesikuläres Kompartiment im vorderen Ende des Parasiten. Dieses kann von anderen Zellorganellen (Mikronemen, Rhoptrien, Granula densa und dem Apikoplast) durch doppelte Immunfluoreszenzmarkierung unterschieden werden. Zytochemisch können Katalasen durch die DAB-Präzipitationstechnik nachgewiesen werden. Hier zeigten sich vesikuläre Strukturen vor dem Nukleus in der Lichtmikroskopie und runde, spezifische Präzipitate mit einem Durchmesser von 100 bis 300nm in der Elektronenmikroskopie. Am C-terminus der T. gondii Katalase findet sich ein „peroxisomales Targeting Signal“ (PTS1) in den letzten 3 Aminosäuren (-AKM). Die Expression der vollständigen Katalase in CHO-Zellen resultiert in einer peroxisomalen Lokalisation, während ein Konstrukt ohne die letzten 3 Aminosäuren im Zytosol verbleibt. Wird das PTS1 mit einem Reporterprotein (Chloramphenicol-Acetyltransferase) fusioniert, wechselt dessen Lokalisation vom Zytosol zu den Peroxisomen. Damit wurde gezeigt, daß das PTS1 der T. gondii Katalase in einem heterologen System sowohl im Kontext der Katalase als auch eines Reporterproteins den Import in Peroxisomen vermitteln kann. Diese Ergebnisse sind die ersten Hinweise auf Peroxisomen in einem Parasiten der Apikomplexa. Zugleich ist T. gondii, evolutionsbiologisch gesehen, der bisher niedrigste Eukaryont in dem bisher Peroxisomen nachgewiesen wurden.…
• Toxoplasma gondii is a unicellular parasite that is remarkably resistant to hydrogen peroxide. We cloned and sequenced the gene for T. gondii catalase (EC 1. 11.1.6), a peroxisomal marker enzyme in eukaryotes. The gene predicts a protein of about 57.2 kDa and 502 amino acids and has a strong homology to other eukaryotic catalases. By immunofluorescence T. gondii catalase is present primarily in a punctate staining pattern anterior to the parasite nucleus. This compartment can be distinguised from other parasite organelles, namely micronemes,Toxoplasma gondii is a unicellular parasite that is remarkably resistant to hydrogen peroxide. We cloned and sequenced the gene for T. gondii catalase (EC 1. 11.1.6), a peroxisomal marker enzyme in eukaryotes. The gene predicts a protein of about 57.2 kDa and 502 amino acids and has a strong homology to other eukaryotic catalases. By immunofluorescence T. gondii catalase is present primarily in a punctate staining pattern anterior to the parasite nucleus. This compartment can be distinguised from other parasite organelles, namely micronemes, rhoptries, dense granules, and the apicoplast. Cytochemical visualization of catalase using diaminobenzidine precipitation gives a vesicular staining pattern anterior to the nucleus at the light level and shows round structures with an estimated diameter of 100-300 nm by electron microscopy. T. gondii catalase exhibits a putative C-terminal peroxisomal targeting signal in the last 3 amino acids (-AKM). Expression of T. gondii catalase in a mammalian cell line results in peroxisomal localization, whereas a construct lacking the targeting signal remains in the cytosol. Furthermore, addition of -AKM to the C terminus of chloramphenicol acetyltransferase is sufficient to target this protein to peroxisomes.…