The unusual role of a highly divergent Arp2/3 complex in the mosquito stages of malaria parasites.

Descripción del proyecto

Comprender los parásitos del género «Plasmodium» en pos de estrategias antipalúdicas

Los parásitos del género «Plasmodium», responsables de causar el paludismo, dependen de unas proteínas únicas para su replicación sexual en los mosquitos, pero su desarrollo no se conoce del todo. Un complejo descubierto hace poco, la proteína 2/3 relacionada con la actina (Arp2/3), desempeña un papel fundamental en la segregación del ADN y el desarrollo de ooquistes. Sin embargo, aún no se conocen sus mecanismos de activación. En el proyecto PlasmoArp, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, se estudiará la activación del complejo Arp2/3 en el género «Plasmodium» durante la formación de gametos, así como sus singulares mecanismos reguladores. Se investigará la conexión entre Arp2/3 y un punto de control del ensamblaje del huso, previamente desconocido, que regula la mitosis. En el proyecto también se examinará por qué los parásitos deficientes en Arp2/3 se detienen en ooquistes, lo cual esclarecerá los procesos de división celular. El equipo de PlasmoArp empleará técnicas de biología molecular, transcriptómica de célula única e imagenología avanzada. Además, desarrollará una herramienta genética para dilucidar la función génica específica de los ooquistes.

Objetivo

The malaria-causing Plasmodium parasites often use highly divergent proteins to regulate fundamental biological processes, such as sexual replication in the mosquito. Therefore, the molecular and cellular biology underlying parasite development is often little understood, especially during the mosquito stages, a major bottleneck in the Plasmodium life cycle. Recently, I identified an unconventional, Plasmodium-specific actin-related protein 2/3 (Arp2/3) complex that mediates DNA segregation during male gamete formation and is essential for development of the main replicative mosquito stage, the oocyst. Understanding the regulation and function of this structurally and functionally divergent actin nucleator could provide targets for new antimalarial strategies. Here, I propose to elucidate the molecular mechanism of the Plasmodium Arp2/3 complex on three levels: (1) I will uncover how Arp2/3 is activated during gamete formation, revealing the likely unusual mode of regulation of this complex. (2) I will explore the hypothesis that Arp2/3 is linked to a cryptic spindle assembly checkpoint, a mitosis regulator so far thought to be absent in Plasmodium. (3) I will reveal why Arp2/3-deficient parasites arrest in oocysts, which will shed light on the unusual cell division mode of this elusive stage. To address these ambitious aims, I will combine molecular biology methods, single cell transcriptomics and imaging, and I will engineer a new genetic tool to dissect gene function specifically in the oocyst, a stage that is notoriously difficult to study. PlasmoArp will thus not only give insight into the molecular biology of Plasmodium development in the mosquito and advance our understanding of Arp2/3 and actin biology across the eukaryotic kingdom, but it will also expand the toolbox to study the neglected oocyst. As Plasmodium Arp2/3 is essential for malaria transmission, this research will pave the way for new intervention strategies to mitigate malaria infections.