Ergebnisbericht 2010/11 - Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

WISSENSCHAFTLICHER ERGEBNISBERICHT | Infektion und Immunität | Mikrobielle Pathogenese 79
01.11 Signalübertragung zur Steuerung der Aktindynamik
PROJEKTLEITER | Prof. Dr. Theresia E.B. Stradal | ehemalige Arbeitsgruppe Signaltransduktion und Motilität |
theresia.stradal@uni-muenster.de
PROJEKTMITARBEITER | Stefan Arens | Jan Hänisch | Kathrin Schloen | Kai Schlüter
Die Manipulation des Aktinzytoskeletts durch pathogene
Bakterien ist ein zentrales Thema bei der Untersuchung der
bakteriellen Pathogenese. Das Aktinsystem wird umfunktioniert,
um sich eine Nische für die Replikation zu schaffen,
das Immunsystem zu umgehen, indem man sich im Inneren
von nicht-phagozytischen Zellen verbirgt, oder um die
Phagozytose von professionellen Abwehrzellen zu blockieren.
Die Beeinfl ussung der Aktindynamik erfolgt entweder
direkt über die Modifi kation von Aktin, oder indirekt über
Regula toren, die die Aktindynamik steuern. Das sind
häufi g Mitglieder der Rho-Familie der kleinen GTPasen, die
wichtige Funktionen bei der Regulation Aktin-abhängiger
Prozesse in der angeborenen oder adaptiven Immunität
haben. Rho-GTPasen dienen als molekulare Schalter, die
während eines Aktivierungszyklus die Aktinfi lamentbildung
aktivieren bzw. herunterregulieren. Bakterielle
Toxine können alle Phasen dieses Aktivierungszyklus
beeinfl ussen. Die Deaktivierung von Rho-GTPasen wird
von bakteriellen Effektoren mit GAP-ähnlichen Wirkungen
bewerkstelligt (z.B. SptP von Salmonella), wohingegen die
Aktivierung durch Faktoren mit GEF-Aktivität vermittelt
wird (z.B. SopE von Salmonella; [1]). Eine neue Familie
bakterieller Virulenzfaktoren, die als WxxxE-Familie bezeichnet
wird, zeichnet sich durch bakterielle GEF-Aktivität
aus. Sie weist Ähnlichkeit mit SopE auf, das strukturell
auch mit einem GEF verwandt ist. Erst vor kurzem gelang es
uns, die Interaktion zwischen dem WxxxE-Faktor IpgB2 von
Shigella fl exneri und dem menschlichen RhoA zu charakterisieren,
die für die bakterielle GEF-Aktivität [2] von zentraler
Bedeutung ist. Zurzeit arbeiten wir an der Erstellung
von Interaktionsnetzwerken von bakteriellen und zellulären
GEFs, GAPs und den zugehörigen kleinen GTPasen.
Ein Beispiel für eine direktere Manipulation der Aktinfi
lamentbildung sind pathogene E. coli vom Typ EPEC
(enteropathogene E. coli) oder EHEC (enterohämorrhagische
E. coli): Beide Stämme docken fest an die Oberfl äche der
Wirtszelle an und lösen Aktinpolymerisation direkt unter
dem Bakterium aus. EPEC ahmen Rezeptortyrosinkinase-
Signalwege nach, in einer Art und Weise, die dem Vorgehen
von Pockenviren erschreckend ähnlich ist [3]. Die
von EHEC ausgelöste Aktinfi lamentbildung erfordert
eine Translokation von zwei bakteriellen Proteinen, des
Transmembranrezeptors Tir, der als Andockanker für die
Bakterien dient, und des N-WASP-Bindungspartners und
-aktivators der zellulären Aktinpolymerisationsmaschinerie:
EspF U /TccP. Da Tir nicht direkt an EspF U bindet, müssen
zusätzliche Faktoren als Brücke zwischen diesen beiden
Komponenten fungieren. Um diesen Faktor zu identifi zieren,
haben wir durch EspF U angereicherte Proteinkomplexe
mittels Massenspektrometrie untersucht. Dabei fanden
wir heraus, dass das Wirtszellprotein IRSp53 eine direkte
Verbindung zwischen Tir und EspF U herstellt. Weiterhin
konnten wir zeigen, dass EspF U und IRSp53 in den durch
EHEC induzierten Aktinpodesten ko-lokalisieren und dass
der Verlust der IRSp53-Funktion mit dem Verschwinden
von Aktinpodesten einhergeht. IRSp53 stellt somit den
fehlenden Wirtszellfaktor zwischen bakteriellem Tir und
EspF U dar [4]. Weiterführende Arbeiten beschäftigen sich
mit den molekularen Interaktionen zwischen Wirtszell- und
bakteriellen Faktoren, inklusive Analysen bis zur atomaren
Ebene (Zusammenarbeit mit MOSB).
[1] 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) Cellular Microbiology 12(1), 84-98.
[2] Klink,B.U., Barden,S., Heidler,T.V., Borchers,C., Ladwein,M., Stradal,T.B.*., Rottner,K.,
& Heinz,D.W.*. (2010) Journal of Biological Chemistry 285, 17197-17208.
[3] Rottner,K. & Stradal,T.E.*. (2009) Cell Host and Microbe 6, 497-499.
[4] Weiss,S.M., Ladwein,M., Schmidt,D., Ehinger,J., Lommel,S., Städing,K., Beutling,U.,
Disanza,A., Frank,R., Jänsch,L., Scita,G., Gunzer,F., Rottner,K., & Stradal,T.E.*. (2009)
Cell Host and Microbe 5, 244-258.
Embryonale Mausfi broblasten, die konstitutiv aktives RhoA exprimieren, bakterielles IpgB2-Wildtyp oder die attenuierte IpgB2-Mutante
Q116A (modifi ziert aus Klink et al., 2010). Der Virulenzfaktor IpgB2 löst Effekte aus, die phänotypisch einer RhoA-Aktivierung
entsprechen. Fotos: HZI