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Toxoplasma gondii ist ein obligater intrazellulärer Parasit, der bei Menschen und Nutztieren Toxoplasmose verursacht. Die Phospholipid-Biosynthese ist entscheidend für das erfolgreiche intrazelluläre Überleben und die Replikation des Parasiten, da sie eine wichtige Rolle bei der Biogenese von Membranorganellen, der Signal- transduktion und anderen zellulären Prozessen spielt. Hier untersuchten wir die physiologische Bedeutung von zwei Synthesewegen, die für PtdEtn und PtdIns verantwortlich sind. Wir zeigen das Vorhandensein einer neuartigen PtdIns-Synthase (PIS) in T. gondii, die als TgPIS bezeichnet wird und ein funktionelles Enzym mit einem katalytisch wichtigen CDP-Alkohol- Phosphotransferase-Motiv codiert, das sich ausschließlich im Golgi-Apparat befindet. Der Parasit importiert Myoinosit aus dem Milieu und verwendet es zusammen mit de novo synthetisiertem CDP- Diacylglycerin, um PtdIns zu produzieren. Eine durch Auxin induzierbare bedingte Unterdrückung von TgPIS schaltet den Lysezyklus des Parasiten aufgrund von Defekten in der Replikation, Motilität und Austritt in Säugetierzellen aus. Das Lipidom-Profiling der PIS-Mutante zeigt eine selektive Reduktion bestimmter PtdIns- und PtdThr-Spezies, wohingegen ausgewählte PtdGro-, PtdSer- und BMP-Spezies erhöht sind, was auf eine enge Interregulation und Homöostase von anionischen Phospholipiden zur Aufrechterhaltung der Membranintegrität hindeutet. Zusätzlich identifizierten wir eine Ethanolamin-Cytidyltransferase (TgECT), das geschwindigkeitsbestimmende Enzym des Kennedy-Signalwegs, das im Cytosol lokalisiert ist. Das Enzym ist eindeutig für den Lysezyklus essentiell, da seine genetische Ablation nicht durchführbar ist und der durch Auxin meditierte bedingte Abbau des Proteins das Parasitenwachstum in Plaqueassays stark beeinträchtigt. Die Lipidomanalyse der Mutante identifizierte eine wichtige Rolle bei der Biogenese ausgewählter Arten von PtdEtn, PtdSer und PtdThr. Darüber hinaus haben wir festgestellt, dass TgECT für die Erzeugung von Ethanolamin-Phosphor-Ceramid (EPC) erforderlich ist, einem seltenen Sphingolipid, das nur eine begrenzte Anzahl von Organismen enthalten. / Toxoplasma gondii is an obligate intracellular parasite that causes Toxoplasmosis in human and livestock. Phospholipid biosynthesis is crucial for the successful intracellular survival and replication of the parasites, as the phospholipids have important roles in the biogenesis of membrane organelles, signal transduction and other cellular processes. Here, we dissected the physiological importance of two pathways accounting for the synthesis of PtdEtn and PtdIns. We demonstrated the presence of a novel PtdIns synthase (PIS) in T.gondii termed TgPIS, expressing a functional enzyme with a catalytically vital CDP-alcohol phosphotransferase motif, which resides exclusively in the Golgi body. The parasite imports myo-inositol from milieu, and co-utilizes de novo-synthesized CDP-diacylglycerol to produce PtdIns. An auxin-inducible conditional repression of TgPIS abrogated the lytic cycle of the parasite in mammalian cells due to defects in the replication, motility and egress. Lipidomic profiling of the PIS mutant demonstrated selective reduction of certain PtdIns and PtdThr species, whereas selected PtdGro, PtdSer and BMP species were increased, which suggested a tight inter-regulation and homeostasis of anionic phospholipids to maintain the membrane integrity. In addition, we identified an ethanolamine cytidyltransferase (TgECT), the rate-limiting enzyme of Kennedy pathway, which is localized in the cytosol. The enzyme is clearly essential for the lytic cycle as its genetic ablation was not feasible, and auxin-meditated conditional knockdown severely impaired the parasite growth in plaque assays. Similarly, lipidomic analysis of the mutant identified an important role in the biogenesis of selected species of PtdEtn, PtdSer and PtdThr. Moreover, we discovered that TgECT is required for the generation of ethanolamine-phosphory ceramide (EPC), a rare sphingolipid present only a limited number of organisms.

Die Brachyura umfassen ca. 7000 Arten. Die Variationsbreite ihrer morphologischen Merkmale spiegelt sich in den männlichen und weiblichen Reproduktionssystemen wider und machen sie zu einem herausfordernden Untersuchungsgegenstand. Obwohl sich zahlreiche Studien mit der Phylogenie der Brachyura befasst haben, fehlen eindeutige Ergebnisse. Manche Studien stützen sich weiterhin auf deren Teilung in die Podotremata, die Heterotremata und die Thoracotremata (die beiden letzteren bilden die Eubrachyura), die auf der Position der Gonoporen basiert. In dieser Arbeit wurden die männlichen Kopulations- und weiblichen Reproduktionssysteme von vier eubrachyuren Arten untersucht. Zur Analyse ihrer inneren Morphologie, wurden die Gonopoden in der ersten und zweiten Studie μCT-gescannt und 3D-rekonstruiert. Zusätzlich wurden in allen Studien rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen angewendet, um Informationen über die Oberflächenstrukturen der Gonopoden zu erhalten. Alle Untersuchungen des weiblichen Systems wurden mit bewährten histologischen Methoden und Lichtmikroskopie durchgeführt. In der ersten und zweiten Studie wurde diese detaillierte Strukturanalyse durch 3D-Rekonstruktion ergänzt. Die Ergebnisse dieser Studien wurden in Zusammenhang mit der vorhandenen Literatur interpretiert, um Merkmale des männlichen und weiblichen Reproduktionssystems zu definieren und deren Potenzial für phylogenetische Untersuchungen zu diskutieren. Außerdem wird ein evolutives Scenario bezüglich der Transformation der hier vorgeschlagenen Merkmalszustände des weiblichen Reproduktionssystems diskutiert. Die Gonopoden sind wertvoll, um Artenzugehörigkeiten zu Brachyurengruppen zu identifizieren, sind aber für Untersuchungen großskaliger Brachyurenphylogenie ungeeignet. Einige der weiblichen Merkmale können ausschließlich heterotremen oder thoracotremen Weibchen zugeordnet werden. Die vorgeschlagenen Szenarien deuten darauf hin, dass einige dieser Charaktere mehrfach entstanden sind. / The Brachyura comprise approximately 7000 species. The variability of their morphological traits is reflected in the male copulatory and the female reproductive systems that make them a challenging object of investigation. Numerous studies addressed the brachyuran phylogeny but unambiguous results have yet to be presented. Some studies still rely on the division of Brachyura into the Podotremata, the Heterotremata and the Thoracotremata (the latter two forming the Eubrachyura) that is based on the position of the male and female gonopores. In this work, the male copulatory and female reproductive systems of four eubrachyuran species were investigated. In the first and the second study, the gonopods were µCT-scanned and 3D-reconstructed to analyse their internal morphology. Additionally, in all studies scanning electron microscopy was used in order to obtain information about the surface structures of the gonopods. All investigations of the female system were conducted using approved histological methods and light microscopy. In the first and second study, this detailed structural analysis was complemented by 3D-reconstruction. The results of these studies are evaluated in comparison with the existing literature in order to define characters of the male copulatory and female reproductive system and discuss their potential for phylogenetic investigations. Additionally, an evolutionary scenario of the transformations of the herein proposed character states of the female reproductive system is discussed. Without additional information from the female reproductive system, the gonopod morphology is valuable to identify species affiliations to certain groups but remains inconclusive for large-scale brachyuran phylogeny. Some of the female characters found in these studies can explicitly be assigned to heterotreme or thoracotreme females. The proposed scenarios suggest, that some, if not all of these characters probably have evolved multiple times.

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