Ergebnisbericht 2010/11 - Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

78 WISSENSCHAFTLICHER ERGEBNISBERICHT | Infektion und Immunität | Mikrobielle Pathogenese
01.10 Molekulare Mechanismen der Wirtszell-Pathogen-
Interaktionen
PROJEKTLEITER | Prof. Dr. Klemens Rottner | ehemalige Arbeitsgruppe Zytoskelett Dynamik |
krottner@uni-bonn.de
PROJEKTMITARBEITER | Dr. Jennifer Block | Dr. Stefan Köstler | Markus Ladwein | Margit Oelkers |
Dr. Malgorzata Szczodrak
Ziel dieses Projektes ist die genaue Untersuchung der molekularen
Mechanismen, die den Aktinumbau im Verlauf von
unterschiedlichen Motilitätsvorgängen sowie die Interaktionen
verschiedener Pathogene mit ihren Wirtsorganismen
steuern.
Die Aktinpolymerisation wird durch Proteinkomplexe katalysiert,
die die Nukleation von Aktinfi lamenten verstärken,
wie z.B. der Arp2/3-Komplex oder die Familie der Formine.
Zu den zentralen Aktinregulatoren gehören somit die
Aktivatoren des Arp2/3-Komplexes, wie z.B. die Mitglieder
der WASP- und WAVE-Familie, die in der Lage sind, unterhalb
der Rho-GTPasen Cdc42 und Rac1 zu agieren. Zu den
jüngeren Mitgliedern dieser Familie von Arp2/3-Komplex-
Aktivatoren gehören die Proteine der WHAMM/JMY-Untergruppe
und WASH (Rottner et al., 2010), wobei erst vor
kurzem nachgewiesen werden konnte, dass das Letztere die
Invasion von Salmonella fördert (Hänisch et al., 2010).
Das Src-Substrat Cortactin ist ein weiteres, zentrales
Arp2/3-Komplex-bindendes Protein, das an dynamischen
Aktin-Reorganisationsprozessen beteiligt ist, wie z.B. an
der Ausbildung von Lamellipodien und möglicherweise
anderen von Pathogenen ausgelösten Zelloberfl ächenveränderungen.
Wir haben Zellen hergestellt und Mäuse
gezüchtet, bei denen eine konditionale Mutation des Cortactin-Gens
vorliegt. Zu unserer Überraschung stellte sich
heraus, dass die gentechnische Entfernung von Cortactin in
Fibroblasten nicht zur Ausschaltung der Arp2/3-Komplex-
Aktivierung an der Zellperipherie oder von durch Rac1 ausgelöste
Aktinpolymerisationprozesse geführt hat. Die Deletion
von Cortactin verursachte jedoch beispielsweise eine
Beeinträchtigung der Signaltransduktion zur Aktivierung
der kleinen GTPasen Rac und Cdc42, das heißt förderte
eine Rolle bei „upstream“ und nicht „downstream“ dieser
kleinen GTPasen zu Tage. Die Verringerung der Signalweiterleitung
zur Aktinpolymerisation war beispielsweise
nach Stimu lation mit Wachstumsfaktoren oder während der
Zellmigration evident (Lai et al., 2009).
Diese Daten deckten sich auch mit kürzlich von uns publizie rten
Erkenntnissen, die wir aus der mikroskopischen Analyse
des „turnovers“, also des Aktinumbaus in Lamellipodien
gewinnen konnten. Zudem zeigen neuere Daten, dass Cortactin
zum Unterschied anderer Arp2/3-Aktivatoren auch nicht
in der Lage ist, ektopische Aktinpolymerisation im Zytoplasma
zu vermitteln (Oelkers et al., eingereicht). Dies bestätigte
einmal mehr, dass die Mehrzahl der Cortactin-Moleküle in
Abb. 1. Die InlB-vermittelte Invasion von Listerien ist abhängig
von Cortactin, denn Cortactin-defi ziente Zellen (Cortactin KO)
können durch Wildtyp-Listerien (L. monocytogenes EGD WT,
schwarz) gleichermaßen schlecht infi ziert werden wie Internalin
A/B-defi ziente Bakterien (grau). Grafi k: HZI
Lamellipodien nicht an der Arp2/3-Aktivierung an der lamellipodialen
Spitze beteiligt sein können (Lai et al., 2008).
Schließlich haben wir in neueren Studien untersucht, welche
Rolle Cortactin bei verschiedenen Pathogen-Wirtszell-
Interaktionen spielt. Interessanterweise scheint Cortactin
zwar für die InlB-vermittelte Listerieninvasion essenziell
zu sein, zum Unterschied zur aktuellen Literatur nicht
jedoch für die durch Shigella fl exneri stimulierte Invasion
und auch nicht für die Ausbildung von Aktinpodesten, die
von verschiedenen Stämmen von pathogenen E. coli auf
der Zelloberfl äche ausgelöst werden (Oelkers/Lai et al.,
unveröffentlicht).
Rottner, K., Hänisch, J., & Campellone, K. (2010) WASH, WHAMM and JMY: Regulation
of Arp2/3 complex and beyond. Trends in Cell Biology 20(11), 650-61.
Hänisch, J., Ehinger, J., Ladwein, M., Rohde, M., Derivery, E., Bosse, T., Steffen, A.,
Bumann, D., Misselwitz, B., Hardt, W.-D., Gautreau, A., Stradal, T.E.B., & Rottner, K.
(2010) Molecular dissection of Salmonella-induced membrane ruffl ing versus invasion.
Cellular Microbiology 12(1), 84-98.
Lai, F.P.L., Szczodrak, M., Oelkers, J.M., Ladwein, M., Acconcia, F., Benesch, S., Auinger,
S., Faix, J., Small, J.V., Polo, S., Stradal, T.E.B., & Rottner, K. (2009) Cortactin promotes
migration and platelet-derived growth factor-induced actin reorganization by signaling
to Rho-GTPases. Molecular Biology of the Cell 20(14), 3209-23.
Lai, F.P.L., Szczodrak, M., Block, J., Faix, J., Breitsprecher, D., Mannherz, H.G., Stradal,
T.E.B., Dunn, G.A., Small, J.V., & Rottner, K. (2008) Arp2/3-complex interactions and
actin network turnover in lamellipodia. EMBO Journal 27(7), 982-92.