Project

Discipline

ABC transporter; Saccharomyces cerevisiae; Trypanosoma brucei; Drug target; Lipid precursor; Xenopus laevis oocyte; Amino acid permease; Ion channel

Lead
Der Transport von Nährstoffen ist wichtig für jede Zelle, besonders aber für Parasiten wie Afrikanische Trypanosomen, welche sich im Blut ihrer Wirte vermehren und perfekt an diesen Lebensraum angepasst sind. Trypanosomen sind abhängig vom Import von Nährstoffen aus dem Blut. Wir untersuchen die dazu benötigten Transporter und testen, welche für die Parasiten essentiell sind und von pharmakologischem Interesse, sei es als Angriffspunkt für Wirkstoffe oder als Eintrittspforte.
Lay summary
Alle Zellen besitzen Transporter, durch die sie Nährstoffe aufnehmen und metabolische Endprodukte abgeben. Besonders wichtig sind solche Nährstofftransporter für Parasiten, denn die Aufnahme von Nährstoffen vom Wirtsorganismus gehört zum Wesen der parasitären Lebensweise. Neben ihren physiologischen Funktionen sind Transporter auch von grossem pharmakologischen Interesse, als Eintrittspforten für Wirkstoffe oder direkt als deren Angriffspunkte. In unserem Sinergia Projekt untersuchen wir den Erreger der Afrikanischen Schlafkrankheit, Trypanosoma brucei, und testen, welche Nährstofftransporter essentiell für den einzelligen Parasiten sind und welche Transporter auch Medikamente und andere Wirkstoffe transportieren können. Insbesondere untersuchen wir Ionenkanäle, Aminosäurenpermeasen, ABC Transporter (ABC steht für ATP-binding cassette) und Transporter von Lipidvorstufen. Diese Transporter identifizieren wir einerseits bioinformatisch durch genomweite Suchen mit HMM (hidden Markov model) Profilen, andererseits experimentell mittels phänotypischer Screens. Potentielle Transportergene werden in der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae exprimiert oder in Oozyten des Krallenfrosches Xenopus laevis. Dank dieser Expressionssysteme lassen sich die physiologischen Substrate und der Transportmechanismus ermitteln. Zudem können wir toxische Substrate identifizieren, welche von den Trypanosomen präferentiell importiert werden. Diese Resultate und Hypothesen testen wir schliesslich in den Trypanosomen selber, wobei uns zu Gute kommt, dass sich diese Parasiten wie kaum andere genetisch manipulieren lassen. So versuchen wir, durch die Kombination verschiedenster Ansätze ein Gesamtbild über die lebenswichtigen Nährstofftransporter von Trypanosoma brucei zu gewinnen und neue Strategien für eine gezielte chemotherapeutische Bekämpfung zu entwickeln.

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Last update: 27.05.2013

Self-organised

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Transporters are increasingly being recognized as key players in cell physiology and determinants of drug susceptibility. This is particularly the case for parasites, which - by definition - rely on import of nutrients from their hosts. In our ongoing Sinergia project on functional genomics of nutrient transporters in Trypanosoma brucei, we are investigating four selected groups of nutrient transporters which we believe to be of particular pharmacological interest in the sleeping sickness parasite: ion channels, amino acid transporters, ABC transporters, and transporters of lipid precursors. Substrate specificities and transport kinetics are being determined by expression in Saccharomyces cerevisiae and Xenopus laevis oocytes while the physiological role is studied by reverse genetics in T. brucei. This combination has proven very fruitful. By investigating transporters in an interdisciplinary way, we are validating them as drug targets or drug delivery systems. In the present research proposal we will further extend and deepen these analyses. Incorporating phylogenomic comparisons with fully sequenced trypanosomatid genomes and new developments in the field of T. brucei molecular genetics will allow us to understand the transporters in the context of their phylogeny, physiology and pharmacology.Essentiality of T. brucei nutrient transporters will be predicted in silico based on conserved orthology groups amongst trypanosomatids and imprints of negative selection in the coding regions. Essentiality prediction in vivo will be performed by a combination of genome-wide RNAi screens and high throughput sequencing. Thus nutrient transporters will be prioritized according to their predicted pharmacological and physiological importance. Heterologous expression in S. cerevisiae and X. laevis oocytes functionally characterizes the transporters and serves as a screening platform for inhibitors and toxic substrates of transporters that have been validated as essential in T. brucei bloodstream forms. The subcellular localization of transporters will be determined in trypanosomes, and lipidomics and metabolomics will be applied to study transport physiology and to de-orphanize transporters of unknown substrates. Finally, drug tests against bloodstream-form T. brucei in culture or in a mouse model will validate the identified inhibitors or toxic substrates and identify further leads. Integrated data management will be done on the KNIME (Konstanz Information Miner) platform.The proposed research will result in an increased understanding of the evolution of T. brucei transporters, their physiology in terms of nutrient acquisition and metabolism, and their pharmacological potential for chemotherapeutic strategies that exploit transporters as drug delivery systems or targets. New starting points for drug development against trypanosomatid parasites and potentially novel kinds of nutrient transporters will be discovered.