Die schwere Malaria, insbesondere die zerebrale Malaria, zählt nach wie vor zu den gefürchtetsten Verlaufsformen der Infektion mit Plasmodium falciparum. Während seiner Entwicklung in den menschlichen Erythrozyten exportiert der Parasit an die Oberfläche der infizierten Zelle Proteine, die seine Adhäsion an das Endothel des Wirts vermitteln und dadurch Hypoxie, Gefäßverschluss und Endothelaktivierung hervorrufen. Bei der zerebralen Malaria wird die Sequestrierung der infizierten Erythrozyten in den zerebralen Kapillaren für das Koma und das Hirnödem verantwortlich gemacht. Das Protein PfEMP1 nimmt in diesem Prozess eine zentrale Stellung ein: Es wird von der multigenen Familie var (etwa 60 Kopien pro Genom) codiert und weist eine nahezu unbegrenzte Variabilität auf, die es dem Parasiten ermöglicht, dem Immunsystem zu entkommen. Bestimmte Anordnungen seiner Domänen (DBL-Domänen, Duffy-binding-like, und CIDR-Domänen, cysteine-rich interdomain region) sind mit schweren Verlaufsformen assoziiert, insbesondere die Kassetten DC8 und DC13. Diese extreme Diversität erschwert jedoch die Identifizierung der bei Patienten tatsächlich exprimierten Varianten, da die öffentlichen Datenbanken diesen Sequenzreichtum nicht widerspiegeln.
Um dieser Herausforderung zu begegnen, setzten die Autoren einen multi-omischen Ansatz an Proben von Patienten aus Cotonou (Benin) mit unkomplizierter oder schwerer Malaria ein. Durch die Kombination von Gesamtgenom-Sequenzierung und RNA-Sequenzierung rekonstruierten sie neue var-Sequenzen und erstellten eine personalisierte Proteindatenbank mit 295 601 Sequenzen, von denen 87 489 mit P. falciparum assoziiert waren. Diese Datenbank diente anschließend der Proteinidentifizierung mittels Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS/MS).
Die differenzielle Analyse der RNA-Sequenzierungsdaten zeigt eine erhöhte Expression der Transkripte der Domänen DBLα1.7, DBLα1.1, DBLα2 und DBLβ12 bei Fällen von zerebraler Malaria im Vergleich zur unkomplizierten Malaria; diese Domänen gehören zu den an der zerebralen Pathogenese beteiligten Kassetten DC8 und DC13, und das Expressionsprofil der Patienten mit schwerer Anämie unterscheidet sich von demjenigen der zerebralen Fälle. Auf Proteinebene wurden 57 PfEMP1-Proteine identifiziert, von denen nur 10 bekannten Sequenzen der öffentlichen Datenbanken entsprachen, während die übrigen aus den rekonstruierten var-Genen stammten. Die beiden häufigsten Architekturen waren NTS-DBLα-CIDRα-DBLβ und NTS-DBLα-CIDRα-DBLδ, wobei das Tandem CIDRα-DBLβ mit einer möglichen Doppelbindung an die Rezeptoren ICAM-1 und EPCR assoziiert war. Der Anteil der Peptide, die der Domäne DBLβ entsprachen, war darüber hinaus bei Patienten mit schweren Verlaufsformen höher.
Diese Arbeit gehört zu den ersten, die die direkte Proteinidentifizierung vollständiger PfEMP1 aus Feldproben berichten, und bestätigt die Validität des Ansatzes angesichts der extremen Variabilität dieser Proteine. Die Autoren betonen jedoch die Grenzen der Bottom-up-Strategie bei LC-MS/MS, die keine optimale Sequenzabdeckung ermöglicht, sowie den stark rekombinogenen Charakter der var-Gene, der Vorsicht gebietet, sobald auf das Vorhandensein nicht direkt nachgewiesener Domänen geschlossen wird. Diese Ergebnisse dürften zu den auf PfEMP1-Proteinen basierenden Strategien der Impfstoffentwicklung beitragen.