Dokument: Funktion oligomerer Pmp Adhäsine im Infektionsprozess von Chlamydien

Titel:	Funktion oligomerer Pmp Adhäsine im Infektionsprozess von Chlamydien
Weiterer Titel:	Function of oligomeric Pmp adhesins in the infection process of Chlamydia
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=63350
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20230809-132904-4
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Wintgens, Sebastian [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 35,35 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 07.08.2023 / geändert 07.08.2023
Beitragende:	Prof. Dr. Hegemann, Johannes H. [Gutachter] Prof. Dr. Pfeffer, Klaus [Gutachter]
Stichwörter:	Chlamydien, Pmps, Oligomerisation, Alzheimer, Impfstoff
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Chlamydien sind gramnegative, obligat intrazelluläre und bakterielle Krankheitserreger, die Infektionen bei Menschen und Tieren verursachen. Wichtigster und initialer Schritt der Infektion ist die Bindung an die Wirtszelle über Adhäsine. Polymorphe Membranproteine (Pmps) sind eine hochkonservierte Familie von Proteinen, die bei allen Chlamydien in unterschiedlicher Anzahl vorkommen. Alle C. trachomatis Pmps sowie Pmp6, Pmp20 und Pmp21 von C. pneumoniae wurden als Adhäsine charakterisiert. Untersuchungen in vitro zeigten, dass Pmp-Proteinfragmente aus C. trachomatis homomere und heteromere funktionale Oligomere und Protofibrillen generieren konnten. Es entstand die Hypothese, dass infektiöse chlamydiale EBs verschiedene Pmp-Komplexe auf der Zelloberfläche präsentieren könnten um damit eine Antigenvariation für die Immunvermeidung zu erzeugen. Projekt 1 vertiefte diese Analysen und untersuchte die in vitro Oligomerisation von PmpG, PmpH und PmpI in ihrer Volllänge-Form (ohne β-Fass) sowie die Kartierung des proteinösen Gebietes um PmpI. PmpG, PmpH und PmpI waren in der Lage an HEp-2 Zellen zu binden und hochmolekulare homomere und heteromere Komplexe zu generieren. Alle Pmp-Proteine zeigten eine Oligomerisations-Kinetik, vergleichbar mit anderen Oligomer bildenden Proteinen wie Amyloid-β (Aβ). Atomkraftmikroskopische Aufnahmen zeigten Oligomere und Protofibrillen für PmpG und PmpH, wohingegen PmpI Oligomere und große Proteinakkumulationen erzeugte. Zur Untersuchung der nativen räumlichen Umgebung von PmpI auf der chlamydialen Oberfläche wurden PmpI-APEX2 Fusionsproteine kloniert und von Chlamydien exprimiert. Markierte Proteine wurden analysiert und zeigten eine starke Anreicherung von Proteinen der Pmp-Familie wie PmpD, PmpG, PmpI, PmpB und PmpF. Insbesondere PmpD zeigte eine sehr starke Anreicherung was darauf hindeutet, dass es heteromere PmpI-PmpD-Komplexe auf der Oberfläche von EBs geben könnte. Dies könnte zu Clustern mit akkumulierten adhäsiven Eigenschaften führen, die eine verbesserte Bindung und Infektion bewirken. 1998 wurden von Balin et al. die ersten Daten veröffentlicht, die einen Zusammenhang zwischen einer C. pneumoniae Infektion und der spät auftretenden Alzheimer-Krankheit herstellen. Luczak et al. 2016 demonstrierte, dass rekombinantes Pmp21_D-wt (ein kurzer C-terminaler Teil der C. pneumoniae Pmp21-Passagierdomäne) oligomerisiert, in der Lage ist Protofibrillen zu generieren und Ähnlichkeiten zu dem bereits für Alzheimer beschriebenen Aβ ausweist. Projekt 2 zeigte, dass Pmp21_D-wt eine Oligomerisations-Kinetik, vergleichbar zu Aβ, aufwies. Untersuchungen mittels Atomkraftmikroskopie visualisierten Pmp21_D-wt als Oligomere und Protofibrillen. Es wurde gezeigt, dass chlamydiale EBs und das zelluläre Prion-Protein (PrPC; wichtiger Rezeptor in der Pathogenese von Alzheimer) in einer Infektion kolokalisierten und PrPC mittels rekombinantem Pmp21_D-wt angereichert werden konnte. Diese Interaktion wurde als spezifisch bestimmt, da Pmp21_D-wt Oligomere nur an PrP-Fragmente banden, welche Motive aufwiesen, die auch schon für die Bindung mit Aβ beschrieben wurden. Dies untermauert die Theorie eines möglichen chlamydialen Einflusses in der Entstehung von Alzheimer und bildet zugleich einen der ersten kausalen Erklärungsansätze. Ein Großteil der Pmp-Proteinfamilie konnte bereits als chlamydiales Oberflächenprotein und als Adhäsin identifiziert werden. Ziel von Projekt 3 war, in einer Kooperation mit der AG Klos (Medizinische Hochschule Hannover) und AG Guzmán (Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung), die Entwicklung eines Multikomponenten Impfstoffes aus PmpA, PmpD, PmpG und PmpH sowie Ctad1 aus C. trachomatis Serovar E, verstärkt mit dem mukosalen Adjuvans zyklisches Diadenosinmonophosphat. Es wurde ein Mausmodell mit Impfung und Lungeninfektion verwendet. Wir konnten zeigen, dass eine intranasale Impfung zu serovarübergreifendem und wirkungsvollen Schutz gegen urogenitale und okuläre Stämme von C. trachomatis führte, welcher mindestens 5 Monate andauerte. Chlamydiae are gram-negative, obligate intracellular and bacterial pathogens that cause infections in humans and animals. The most important and initial step of infection is binding to the host cell via adhesins. Polymorphic membrane proteins (Pmps) are a highly conserved family of proteins found in varying numbers in all Chlamydiae. All C. trachomatis Pmps as well as Pmp6, Pmp20 and Pmp21 of C. pneumoniae have been characterized as adhesins. Studies in vitro showed that Pmp protein fragments from C. trachomatis generate homomeric and heteromeric functional oligomers and protofibrils. The hypothesis emerged that infectious chlamydial EBs could present different Pmp complexes on the cell surface to generate antigen variation for immune evasion. Project 1 elaborated on these analyses and investigated the in vitro oligomerisation of PmpG, PmpH and PmpI in their full-length form (without β-barrel) and mapped the proteinaceous area around PmpI. PmpG, PmpH and PmpI were able to bind to HEp-2 cells and generate high molecular weight homomeric and heteromeric complexes. All Pmp proteins showed oligomerisation kinetics comparable to other oligomer-forming proteins such as amyloid-β (Aβ). Atomic force microscopy images showed oligomers and protofibrils for PmpG and PmpH, whereas PmpI generated oligomers and large protein accumulations. To investigate the native spatial environment of PmpI on the chlamydial surface, PmpI-APEX2 fusion proteins were cloned and expressed by C. trachomatis. Labeled proteins were analyzed and showed strong enrichment of Pmp family proteins such as PmpD, PmpG, PmpI, PmpB and PmpF. In particular, PmpD showed very strong enrichment suggesting that there might be heteromeric PmpI-PmpD complexes on the surface of EBs. This could lead to clusters with accumulated adhesive properties, resulting in enhanced binding and infection. In 1998, Balin et al. published the first data linking a C. pneumoniae infection to late-onset Alzheimer's disease. Luczak et al. 2016 demonstrated that recombinant Pmp21_D-wt (a short C-terminal part of the C. pneumoniae Pmp21 passenger domain) oligomerizes, is able to generate protofibrils and may show similarities to Aβ (a toxic agent for the generation of Alzheimer's disease). Project 2 showed that Pmp21_D-wt exhibited oligomerisation kinetics comparable to Aβ. Atomic force microscopy analyses visualized Pmp21_D-wt as oligomers and protofibrils. It was shown that chlamydial EBs and the cellular prion protein (PrPC; important receptor in the pathogenesis of AD) colocalized in an infection and that PrPC could be enriched using recombinant Pmp21_D-wt. This interaction was confirmed to be specific, as Pmp21_D-wt oligomers only bound to PrP fragments that exhibited motifs already described for binding with Aβ. This supports the theory of a possible chlamydial influence in the development of Alzheimer's disease and at the same time forms one of the first causal explanations. A large part of the Pmp protein family has already been identified as a chlamydial surface protein and as an adhesin. The aim of project 3 was, in cooperation with AG Klos (Medizinische Hochschule Hannover) and AG Guzmán (Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung), to develop a multicomponent vaccine consisting of PmpA, PmpD, PmpG and PmpH as well as Ctad1 from C. trachomatis serovar E, boosted with the mucosal adjuvant cyclic diadenosine monophosphate. A mouse model with vaccination and lung infection was used. We were able to show that intranasal vaccination resulted in cross-serovar and effective protection against urogenital and ocular strains of C. trachomatis, which lasted at least 5 months.
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Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Funktionelle Genomforschung der Mikroorganismen
Dokument erstellt am:	09.08.2023
Dateien geändert am:	09.08.2023
Promotionsantrag am:	31.05.2023
Datum der Promotion:	19.07.2023