Charakterisierung Arp2/3-Komplex-vermittelter Aktinreorganisation bei der Invasion bakterieller Pathogene

Ehinger, Julia

Die Formation von Aktin-reichen Zellfortsätzen wie z.B. Lamellipodien wird hauptsächlich von den Rho-GTPasen Rac und Cdc42 stimuliert. Die Signalweiterleitung von den GTPasen zum Aktin-nukleierenden Arp2/3-Komplex wird über WAVE/WAS-Proteine vermittelt. So wurde in der vorliegenden Arbeit gezeigt, dass WAVE1, 2 und 3 an der lamellipodialen Spitze motiler Zellen lokalisieren. WAVE2 agiert abwärts von Rac, kann die GTPase aber nicht direkt binden. Hierfür benötigt es weitere Proteine (Sra-1, Nap1, Abi), die sich in einem multimolekularen Komplex zusammenfügen. Der WAVE-Komplex vermittelt die Rac-abhängige Bildung von Lamellipodien und ,ruffles’. Die Interaktion von Rac und WAVE2 kann aber auch durch das Insulin-Rezeptorsubstrat IRSp53 moduliert werden. Es weist diverse Domänen auf, über die es z.B. mit Cdc42, Rac und WAVE2 interagieren kann. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass die IRSp53-verwandten Proteine IRTKS und FLJ22582 an der lamellipodialen Spitze lokalisieren und dass IRTKS ebenso wie IRSp53 mit Cdc42 und Rac interagiert. Die gerichtete Aktinpolymerisation wird von einer Vielzahl bakterieller Pathogene zum Zwecke ihrer Internalisierung ausgenutzt. Sie manipulieren z.B. Rho-GTPasen, um über eine Umstrukturierung des Aktinzytoskeletts in die Wirtszelle aufgenommen zu werden. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass die InlB-induzierte Invasion von Listeria monocytogenes abhängig von WAVE-Komplex-vermittelter Aktinreorganisation ist. Im Gegensatz dazu ist die Aufnahme von Shigella flexneri unabhängig vom WAVE-Komplex. Auch N-WASP spielt für die Invasion von Shigella keine Rolle. Außerdem wurde gezeigt, dass die Aufnahme von Salmonella typhimurium und insbesondere die über den bakteriellen Effektor SopB induzierte Invasion des Pathogens jeweils unabhängig von Rac- und Cdc42-,Signalling’ erfolgen kann. Dies lässt vermuten, dass die Invasion dieses Pathogens entgegen bisheriger Annahmen auch oder sogar ausschließlich über andere Signalwege vermittelt wird.

Actin-rich protrusions like lamellipodia are mainly induced by the Rho-GTPases Rac and Cdc42. Signalling from these GTPases to the actin-nucleating Arp2/3-complex is mediated by WASP/WAVE proteins. Here, it was shown that WAVE1, WAVE2 and WAVE3 localize to the lamellipodial tip of motile cells. WAVE2 acts downstream of Rac, but it cannot bind directly to this GTPase. For this, it assembles into a multimolecular complex with Sra-1, Nap1 and Abi. This WAVE-complex mediates Rac-induced formation of lamellipodia and membrane ruffles. The insulin receptor substrate IRSp53 can also mediate the interaction of Rac and WAVE2. This study shows that the IRSp53-related proteins IRTKS and FLJ22582 localize to the tips of lamellipodia and that IRTKS as well as IRSp53 can interact with Rac and Cdc42. Various bacterial pathogens exploit the actin nucleation machinery of the host cell for their internalisation. They can manipulate Rho-GTPases e.g., to induce the reorganisation of the actin cytoskeleton that culminates in their uptake. In the present study it was shown that the InlB-induced invasion of Listeria monocytogenes depends on WAVE-complex-mediated actin reorganisation. In contrast, the uptake of Shigella flexneri can be mediated independently of the WAVE-complex and N-WASP. Additionally, it was also shown that the invasion of Salmonella typhimurium and especially the SopB-induced uptake of this pathogen does not depend on Rac- and Cdc42-signalling. In contrast to former assumptions these results suggest that the invasion of Salmonella can be mediated also or even exclusively through other signalling pathways.

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Ehinger, Julia: Charakterisierung Arp2/3-Komplex-vermittelter Aktinreorganisation bei der Invasion bakterieller Pathogene. 2006.

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