Dokument: Charakterisierung der chlamydialen Pmp Adhäsin Familie

Titel:	Charakterisierung der chlamydialen Pmp Adhäsin Familie
Weiterer Titel:	Characterization of the chlamydial Pmp adhesin family
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=27144
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20131009-125657-3
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Becker, Elisabeth [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 11,66 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 05.10.2013 / geändert 05.10.2013
Beitragende:	Prof. Dr. Hegemann, J. H. [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Wagner, Rolf [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Chlamydien sind obligat intrazelluläre, Gram-negative Bakterien. Zu den bedeutendsten humanpathogenen Chlamydien gehören Chlamydia pneumoniae und Chlamydia trachomatis. C. pneumoniae infiziert die oberen und unteren Atemwege und kann zu Bronchitis und Pneumonien führen. Da etwa 70 % der erwachsenen Menschen auf Grund einer Infektion Antikörper gegen C. pneumoniae aufweisen, kann C. pneumoniae zu den endemischen Krankheitserregern gezählt werden. C. trachomatis ist der Hauptauslöser sexuell übertragbarer Erkrankungen, die unbehandelt zu Infertilität bei Frauen führen können. Des Weiteren infiziert dieses Pathogen die Augen und ist der Hauptauslöser für vermeidbare Erblindung vor allem in Entwicklungsländern. Bioinformatorische Studien identifizierten eine große Familie von putativen Autotransporter-Proteinen, die 9 Mitglieder in C. trachomatis und 21 Mitglieder in C. pneumoniae umfasst, welche in 6 Subtypen eingeteilt wurden. Die Wichtigkeit dieser sogenannten Pmps (polymorphic membrane proteins) wird durch die Tatsache unterstrichen, dass die pmp Genfamilie über 5 % der Codierungskapazität des chlamydialen Genoms repräsentiert. Die Infektion durch Chlamydien erfordert die Adhäsion an die Wirtszelle sowie die Aufnahme des infektiösen Partikels in die Zelle. Der erste Kontakt erfolgt vermutlich über eine reversible Interaktion des Adhäsins OmcB mit polymeren Glykosaminoglykan-Strukturen auf der Wirtszell-Oberfläche, entlang dieser die Bakterien bis zur spezifischen Eintrittstelle gelangen. Hier könnten potentiell die Mitglieder der Pmp-Proteinfamilie eine spezifische Interaktion mit einem humanen Rezeptor vermitteln. Für die C. pneumoniae Proteine Pmp6, Pmp20 und Pmp21 konnten bereits adhäsive Eigenschaften sowie ihre Wichtigkeit für die chlamydiale Infektion nachgewiesen werden. Ziel dieser Arbeit war es, die Funktion der Pmps im Infektionsprozess aus verschiedenen Perspektiven zu betrachten und so zu einem besseren Verständnis der spezifischen Interaktion von Chlamydien mit der Wirtszelle beizutragen. Repräsentative Kandidaten jedes Pmp-Subtyps von C. pneumoniae und alle neun Pmps von C. trachomatis Serovar E wurden auf adhäsive Fähigkeiten in zwei unabhängigen Systemen untersucht. Hierbei zeigten alle Pmps eine signifikante Adhäsivität an Epithelzellen. Interessanterweise variierte die Bindungskapazität der Pmps in Abhängigkeit von der verwendeten humanen epithelialen und endothelialen Zelllinie, was auf eine mögliche Anpassung der verschiedenen Pmps an distinkte Zelltypen und Gewebe hinweisen könnte. Alle Pmps sind wichtig für die chlamydiale Infektion, da es möglich war, die jeweilige Infektion durch Blockierung des humanen Rezeptors mit dem jeweiligen rekombinanten Pmp um 50-60 % zu reduzieren. Des Weiteren zeigten ausgewählte Pmps von C. pneumoniae und C. trachomatis keine Kreuz-Neutralisierung. Dies deutet auf unterschiedliche Wirtsrezeptoren für die Pmps dieser beiden Spezies hin. Innerhalb einer Spezies wurde eine überlappende Funktion für Pmps im Infektionsprozess nachgewiesen, während Doppelblockexperimente darauf hinwiesen, dass Pmp21 und OmcB mit unterschiedlichen Adhäsionsmechanismen assoziiert sind. In biochemischen Experimenten wurde der humane EGF-Rezeptor als Interaktionspartner für Pmp21 von C. pneumoniae von Dr. Kaja Mölleken identifiziert. Die spezifische und direkte Interaktion zwischen Pmp21 und EGFR konnte mittels Hefe-Zwei-Hybrid-Analysen bestätigt werden. Interessanterweise zeigten Pmp21-beschichtete Latex-Kügelchen eine signifikante Internalisierung in humane Epithelzellen, wobei eine Rekrutierung des aktivierten Rezeptors um die Kügelchen zu beobachten war. PmpD von C. trachomatis zeigte eine vergleichbare Internalisierungsstärke, jedoch konnte keine Interaktion zwischen PmpD und EGFR mittels Rezeptor-Pulldown nachgewiesen werden. Seren von C. pneumoniae-infizierten Patienten zeigten eine starke serologische Reaktion auf rekombinante Pmps, wobei die Patienten verschiedene Pmp-spezifische Antikörper-Profile aufwiesen. Bei der Analyse von repräsentativen Pmps in C. pneumoniae-infizierten Humanzellen zeigte sich, dass Pmp6 und Pmp20 nur in etwa 30 % aller Inklusionen exprimiert waren, während Pmp21 eine ubiquitäre Expression aufwies. Dies könnte auf eine Strategie zur Umgehung des Immunsystems des Wirtsorganismus oder auf eine Adaption an spezifische Nischen hinweisen. Darüber hinaus deutet dies auf die besondere Relevanz von Pmp21 für die chlamydiale Infektion hin. Obwohl die Pmps von C. pneumoniae einer komplexen Prozessierung unterliegen, wurde eine partielle Bakterienassoziation bestimmter Pmp-Fragmente nachgewiesen. Interessanterweise konnte eine Interaktion von Pmp21 mit sich selbst sowie mit anderen Pmps nachgewiesen werden. Folglich wäre es möglich, dass Pmp-Fragmente über Homo- und/oder Heterooligomerisierung mit membranverankerten Pmps mit der chlamydialen Oberfläche verbunden bleiben. Möglicherweise könnte hierbei die vorhergesagte rechtsgängige β-helikale Struktur der Pmps die strukturelle Interaktionsplattform darstellen. Das N-terminale Fragment von Pmp21 konnte zusammen mit anderen Komponenten der äußeren Membran von C. pneumoniae auf sogenannten Fibern identifiziert werden, die von der Inklusion ausgehend in das Zytosol der Wirtszelle ragen. Dies könnte auf weitere, bislang unverstandene Funktionen von Pmp21 in der chlamydialen Infektion hinweisen. Chlamydia are obligate intracellular, Gram-negative bacteria. C. pneumoniae and C. trachomatis are the most important human pathogens. C. pneumoniae infects the upper and lower respiratory tract and can cause bronchitis and pneumonia. Because approximately 70 % of all adults have antibodies against C. pneumoniae, due to a previous infection, C. pneumoniae is included in the group of epidemic pathogens. C. trachomatis is the major cause of sexually transmitted diseases, which may lead to infertility in women when untreated. Additionally, this pathogen infects the eyes and is the leading cause of preventable blindness, especially in developing countries. Bioinformatics studies have led to the identification of the large family of putatively autotransported proteins, with 9 members in C. trachomatis and 21 in C. pneumoniae, which are divided into 6 subtypes. The importance of these so-called Pmps (polymorphic membrane proteins) is underlined by the fact that the pmp genes comprise over 5 % of the total coding capacity of the chlamydial genome. Chlamydial infection requires an effective adhesion to the host cell and entry of the infectious particles into the cell. Adhesion studies have recognized OmcB as a chlamydial adhesin that reversibly interacts with glycosaminoglycans (GAGs) of the host cell. Probably, the infectious particles can reach their specific entry sites on the surfaces of human cells via the polymeric GAGs. Members of the Pmp protein family represent potential candidates for a specific interaction with a human cell receptor. In previous studies, we characterized the C. pneumoniae proteins Pmp6, Pmp20, and Pmp21 as bacterial adhesins mediating attachment of C. pneumoniae to human cells and being important for the chlamydial infection. The aim of this work was to analyze the function of the Pmps in the infection process from a variety of aspects, therefore contributing to a better understanding of the specific interaction between Chlamydia and their host cells. Representative candidates of each Pmp subtype from C. pneumoniae and all nine Pmps from C. trachomatis Serovar E were selected for adhesion analysis in two independent systems. All analyzed Pmps revealed significant adhesiveness to epithelial cells. Interestingly, the binding capacity of the Pmps varied, depending on the human epithelial and endothelial cell lines that were used, which might indicate an adaptation of the Pmps to distinct cell types and tissues. All Pmps are important for chlamydial infection, because it was possible to reduce the repective infection by 50-60 % by blocking the human receptors with the respective recombinant Pmp. Furthermore, selected Pmps from C. pneumoniae and C. trachomatis did not display cross neutralization, indicating the presence of different host cell receptors for the Pmps from the two species. Additionally, Pmps from one Chamydia species exhibited overlapping functions in the infection process, whereas Pmp21 und OmcB contributed to different adhesion mechanisms. In a biochemical approach, Dr. Katja Mölleken identified the human EGF receptor as an interaction partner of C. pneumoniae Pmp21. The specific and direct interaction between Pmp21 und EGFR was confirmed by yeast-two-hybrid analysis. Interestingly, Pmp21-coated latex beads were significantly internalized into human epithelial cells, thereby inducing a recruitment of the activated receptor around the internalized beads. PmpD from C. trachomatis possessed a similar internalization capacity, although an interaction between PmpD and EGFR was not detected via receptor pulldown. Sera from C. pneumoniae-infected patients displayed strong serological reactions to recombinant Pmps, even though the profiles of antibody specificity differed between the patients. An analysis of representative Pmps in C. pneumoniae infected human cells indicated that Pmp6 and Pmp20 were expressed in approximately only 30 % of all inclusions, wheras Pmp21 showed ubiquitous expression. This not only indicates the presence of a strategy for evasion of the immune system of the host or for adaptation to specific host niches but also points to an important role of Pmp21 in chlamydial infection. Although the C. pneumoniae Pmps undergo extensive processing, a partial bacterial association was demonstrated for certain Pmp fragments. Interestingly, an interaction of Pmp21 with itself, as well as with other Pmps, was identified. Therefore, Pmp fragments may remain connected to the chlamydial surface via Homo- and/or Heterooligomerization with membrane-anchored Pmps. The predicted righthanded β-helical structure of the Pmps possibly represents the structural interaction platform. The N-terminal fragment of Pmp21, together with other components of the chlamydial outer membrane, was identified on so-called fibers protruding from the inclusion into the cytosol of the host cell. This suggests additional, so far unknown functions of Pmp21 in chlamydial infection.
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Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Funktionelle Genomforschung der Mikroorganismen
Dokument erstellt am:	09.10.2013
Dateien geändert am:	09.10.2013
Promotionsantrag am:	27.05.2013
Datum der Promotion:	01.07.2013