Ergebnisbericht 2010/11 - Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

44 BERICHTE AUS DER FORSCHUNG | Mykobakterielle Phagosomen und angeborene Immunität
Abb. 4. Visualisierung der mykobakteriellen Phagosomen in
Makrophagen. Mit Mykobakterien infi zierte RAW264.7-Makrophagen.
Die Zellen wurden unter Verwendung der konfokalen
Mikroskopie bildlich dargestellt (Grün: Mykobakterien;
Blau: Zellkern; Rot: Aktinzytoskelett). Dieselben infi zierten
Makrophagen lassen sich auch mit dem Elektronenmikroskop
beobachten. Hier sind die Lysosomen mit BSA-Gold besetzt.
Wie man sieht, verschmelzen die Lysosomen nicht mit den
Phagosomen, die die Mykobakterien enthalten. Foto: HZI, Gutierrez
befi ndenden Phagosomen überleben kann (Abbildung 4).
Hinzu kommt, dass ein lebendes Pathogen in der Lage ist,
die Phagosomreifung zu manipulieren. Die Strategie, mit
deren Hilfe M. tuberculosis die Mechanismen des Stoffaustauschs
in der Zelle manipuliert, hängt höchstwahrscheinlich
von mehreren Faktoren ab und ist sehr komplex. Trotz
der vielen Fortschritte, die in den letzten Jahren auf diesem
Gebiet erzielt wurden, ist ein mechanistisches Verständnis
der Art und Weise, wie sich die Infektion mit M. tuberculosis
auf Zellebene ausbreitet und wie der Wirt dieses Patho -
gen in der Anfangsphase abwehrt, immer noch nicht möglich.
Unsere Forschung konzentriert sich dabei auf die Mechanismen,
mit deren Hilfe M. tuberculosis die Reifung der
Phagosomen blockiert und die Vernichtung durch Makrophagen
verhindert. Dazu untersuchen wir den intrazellulären
Transport von pathogenen und nicht pathogenen
Mykobakterien in den Makrophagen. Es ist uns gelungen,
neue Faktoren zu ermitteln, die am Stofftransport und
der Proteinverteilung in den Vesikeln beteiligt sind,
insbesondere an der bei einer mykobakteriellen Infektion
stattfi ndenden Phago-Lysosomfusion. Diese Proteine sind
höchstwahrscheinlich an der lysosomvermittelten Abtötung
von Mykobakterien sowie an den molekularen Vorgängen
beteiligt, die bei der Kopplung zwischen angeborenen und
adaptiven Immunantworten eine Rolle spielen (Gutierrez et
al., 2009; Gutierrez et al., 2008).
Die vielversprechendsten Proteine sind die Rab-Proteine
und die lysosomalen Rezeptoren. Erstere fungieren als
molekulare Schalter, die für die Regulierung des Stofftransports
durch die Membran und die räumlich-zeitliche
Steuerung des vesikulären Stofftransports zuständig sind
(Stenmark, 2009). Die lysosomalen Rezeptoren sind für
einige wichtige lysosomale Komponenten und Enzyme von
Bedeutung, deren Aufgabe der Abbau der Pathogene ist.
Rab-Proteine und Phagosomen Rab-Proteine sind Proteine,
die eine entscheidende Rolle bei der Strukturierung der
Membrankompartimente spielen und den Transport und
den vesikulären Stoffaustausch regulieren. Ein komplexes
Netzwerk von Rab-GTPasen ist für die Kontrolle der
dynamischen Änderungen bei der Phagosomenreifung
zuständig. Wir haben einige Rabs identifi zieren können, die
höchstwahrscheinlich bei der Reaktion auf mykobakterielle
Infektionen, die zuvor nicht mit Infektionen mit intrazellulären
Pathogenen in Verbindung gebracht wurden, eine Rolle
spielen (Gutierrez et al., 2008). Bei vielen dieser Proteine
ist jedoch nicht bekannt, welche Aufgabe sie genau bei der
Phagosomreifung spielen. Zur Zeit arbeiten wir daran, die
Funktionen dieser Proteine bei der Phagozytose zu bestimmen,
sowie deren Auswirkung auf die angeborene Immunantwort
auf Mykobakterieninfektionen zu analysieren.
Lysosomale Proteinrezeptoren und Phagosomen Für eines
der ermittelten Proteine, das Sortilin, konnte die Funktion
bei der Phagosomreifung bestimmt werden. Bis heute
besteht die Vermutung, dass ein direkter Transportweg
für einige lysosomale Enzyme vom Trans-Golgi-Netzwerk
(TGN) zu den Phagosomen möglich ist. Dabei ist aber noch
nicht bekannt, welche Übertragungswege an diesem Vorgang
beteiligt sind und welche Enzyme dabei transportiert
werden. Unsere Erkenntnisse über Sortilin in Makrophagen
zeigen, dass dieses Protein eine bisher noch nicht bekannte
und wichtige Funktion beim Transport einer Unterklasse
von lysosomalen Proteinen vom Golgi-Bereich zu den Phagosomen
hat (Wahe et al,. 2010). Somit ergibt sich aus diesen
Beobachtungen die Frage, wie die Regulierung der Sortilin-
Signalwegfunktionen in Verbindung mit den Phagosomen
vonstatten geht, die intrazelluläre Pathogene enthalten.
Ausblick Obwohl in vitro und in vivo Untersuchungen Aufschluss
über einige Aspekte der Tuberkulose-Pathogenese
gegeben haben, ist immer noch nicht vollständig geklärt,
wie M. tuberculosis in eukaryotischen Zellen überleben
kann und warum Wirtszellen unter bestimmten Umständen
in der Lage sind, dieses Pathogen zu vernichten. Daher ist
ein tiefgreifendes Verständnis der grundlegenden biologischen
Vorgänge beim M. tuberculosis – das seine Über-