Wissenschaftlicher Ergebnisbericht - Helmholtz-Zentrum für ...

WISSENSCHAFTLICHER ERGEBNISBERICHT | Infektion und Immunität | Mikrobielle Pathogenese 75
01.7 Funktion und Regulation von Yersinia Virulenzfaktoren
PROJEKTLEITER | Prof. Dr. Petra Dersch | Abteilung für Molekulare Infektionsbiologie | pde08@helmholtz-hzi.de
PROJEKTMITARBEITER | Katja Böhme | Katharina Herbst | Dr. AnnKathrin Heroven | Dr. Annika Kochhut |
Wiebke Opitz | Dr. Fabio Pisano | Rebekka Steinmann | Tatjana Stolz | Tanja Thiermann | Frank Uliczka
Enteropathogene Yersinien lösen ein weites Spektrum
von Darm-assoziierten Erkrankungen, wie Diarrhö, akute
Enteritis, Colitis und mesenteriale Lymphadenitis aus. Diese
Krankheiten werden als Yersiniosen bezeichnet und können
reaktive Arthritis nach sich ziehen. Yersinien sind weit
verbreitet und werden auf den Menschen hauptsächlich über
kontaminiertes Schweinefl eisch übertragen. Diese Bakterien
haben spezielle Oberfl ächenstrukturen evolviert, mit denen
sie sich fest an Wirtszellen binden und in diese aktiv einwandern
können. Diese Außenmembranproteine – Adhäsine
und Invasine – ermitteln die Bindung an bestimmte Wirtszellrezeptoren,
wodurch spezielle Signaltransduktionswege
im Inneren der Wirtszelle ausgelöst werden: Das Aktinzytoskelett
lagert sich um und führt zur Formation von speziellen
Membranausstülpungen. Diese umwandern die Bakterien
und schließen sie in die Zelle ein. So überqueren die
Bakterien das Darmepithel, wandern in darunter liegende
lymphatische Gewebe ein und breiten sich in tiefer liegenden
Organen aus. Wir charakterisieren die Funktion und Expression
von Yersinia Invasionsfaktoren, um zu verstehen, wie
diese Darmbakterien das Wirtsgewebe besiedeln und dabei
das Immunsystem abwehren.
Molekulare Analyse der Yersinia-vermittelten Signaltransduktion
in Epithelzellen Um die für die Einwanderung von
Y. pseudotuberculosis essenziellen Signalmoleküle zu identifi
zieren, wurde die Wirtszellaufnahme durch die Yersinia
Invasionsfaktoren YadA und Invasin studiert. Sie interagieren
indirekt über extrazelluläre Matrixproteine oder direkt mit
Adhärente Y. enterocolitica auf menschlichen Epithelzellen
Foto: HZI, Rohde
den β 1 -Integrinrezeptoren. Ko-Lokalisationsstudien und Aktivierungsassays
haben gezeigt, dass die Proteinkinase B (Akt),
Phospholipase C-γ und Varianten der Proteinkinase C an die
Zellmembran unterhalb der gebundenen Bakterien rekrutieren
und zeitabhängig aktiviert werden. Die Anwendung von
Inhibitoren, „knock-out“ Zelllinien und RNA Interferenz hat
zudem gezeigt, dass diese Faktoren nach der Aktivierung der
Fokalen Adhäsionskinase (FAK), c-Src und der PI3 Kinase
aktiviert werden und für die Internalisation der Bakterien
essenziell sind. Desweiteren gibt es neue Hinweise darauf,
dass neben der kleinen GTPase Rac-1 noch weitere GTPasen
der Rho-Familie und Aktin-assoziierte Proteine, wie N-WASP
und der Arp2/3 Komplex beteiligt sind. Weiterhin wurden
zwei neu identifi zierte Adhäsine von Y. pseudotuberculosis
untersucht. Sie ähneln Invasin und vermitteln eine feste Bindung
an Darmepithelzellen. Erste Analysen im Mausmodell
zeigen, dass der Verlust eines dieser Faktoren das Überleben
der Mäuse deutlich verlängert.
Temperatur-abhängige Expression von Yersinia Virulenzfaktoren
Ein weiteres wichtiges Ziel ist, die Expression von
Yersinia Virulenzgenen während der Infektion aufzuklären.
Ein bedeutender Faktor ist der Temperaturwechsel, den die
Bakterien beim Eintritt aus der Umwelt in den Wirt wahrnehmen.
Die Expression des Invasins reguliert RovA. Wir
konnten zeigen, dass dieses Regulatorprotein bei einer Temperaturveränderung
von 30°C auf 37°C seine Konformation
reversibel verändert. Damit kann es nicht mehr mit der DNA
interagieren, nicht mehr die Synthese des Invasins kontrollieren,
und es wird schneller durch die bakterielle Protease
Lon abgebaut. Weiterhin wurden andere post-transkriptionale
regulatorische Mechanismen analysiert. Diese regulatorischen
Mechanismen werden vor allem dazu verwendet, um
die Synthese von Virulenzfaktoren im Verlauf der Infektion
genau auf die vorhandene Nahrung, Konkurrenz durch
andere und Angriffe durch das wirtseigene Immunsystem
einzustellen.
Herbst, K., Bujara, M., Heroven, A.K., Opitz, W., Weichert, M., Zimmermann, A., &
Dersch, P. (2009) Intrinsic thermal sensing controls proteolysis of Yersinia virulence
regulator RovA PLoS Pathogens 5(5):e1000435.
Uliczka, F., Kornprobst, T., Eitel, J., Schneider, D., & Dersch P. (2009) Cell invasion of
Yersinia pseudotuberculosis by invasin and YadA requires protein kinase C, PLC-γ 1 and
Akt kinase Cellular Microbiology 11, 1782–1801.
Heroven, A.K., Böhme, K., Rohde, M., & Dersch, P. (2008) A Csr regulatory system, including
small non-coding RNAs, regulates the global virulence regulator RovA of Yersinia
pseudotuberculosis through RovM Molecular Microbiology 68,1179-1195.