Glucose 6-phosphate dehydrogenase 6-phosphogluconolactonase of the malaria parasite Plasmodium falciparum

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Antioxidative Abwehr und Redoxregulation sind für Überleben und Wachstum des Malariaerregers Plasmodium falciparum (Pf) von herausragender Bedeutung. Eine wichtige Rolle für den Redoxstoffwechsel spielt der Pentose-Phosphat-Weg (PPW), welcher Reduktionsäquivalente in Form von NADPH für Redoxreaktionen bereitstellt. Ein genetisch bedingter Mangel an Glukose 6-Phosphat Dehydrogenase (G6PD), dem ersten Enzym des PPW, tritt in Menschen mit mehr als 400 Varianten auf und schützt vor Malaria. Der PPW des Malariaerregers zeichnet sich durch ein bifunktionales Enzym (PfGluPho) aus, welches aus G6PD und 6-Phosphogluconolactonase besteht und sich von den humanen Enzymen deutlich unterscheidet. Es ist uns kürzlich gelungen, das bifunktionale Enzym rekombinant herzustellen. In einem High-Throughput Screening in Kooperation mit der UCSD und dem Burnham Institute La Jolla, CA, haben wir bereits eine Reihe spezifischer Inhibitoren der PfGluPho identifiziert. Im Rahmen des hier beantragten DFG-Projektes möchten wir diese Hemmstudien durch die essentielle Grundlagenarbeit an der PfGluPho ergänzen, um Struktur und Funktion dieses einzigartigen Enzyms aufzuklären und seine Eignung als Zielmolekül für die Medikamentenentwicklung zu validieren. Fokussieren möchten wir hierbei auf folgende vier Forschungspakete:(1) Kristallisation der PfGluPho, Co-Kristallisation von Enzym-Inhibitor-Komplexen sowie Analyse der dreidimensionalen Struktur des Enzyms mittels Röntgenbeugungsanalyse;(2) Untersuchung der strukturellen Stabilität der PfGluPho im direkten Vergleich zu den beiden humanen Enzymen; detaillierte mechanistische Charakterisierung der bislang identifizierten Inhibitoren in Bezug auf PfGluPho sowie humaner G6PD und 6PGL;(3) Gene Knock out der PfGluPho zur Validierung des Enzyms als Zielmolekül für die Medikamentenentwicklung; Untersuchung des Effekts der Inhibitoren auf P. falciparum Zellkultur; Hämolyse-Assays; Kombinationsassays mit bekannten Medikamenten und erste in vivo-Studien in einem Mausmodell;(4) Identifikation von Varianten der PfGluPho in verschiedenen Plasmodium falciparum Stämmen sowie in unterschiedlichen Plasmodium Spezies; Untersuchung der funktionellen Konsequenzen der Mutationen an rekombinanten Proteinen.