Internalisierung von Streptococcus pyogenes in humane Endothelzellen: Charakterisierung der beteiligten Signaltransduktionswege

Nerlich, Andreas

Streptococcus pyogenes ist ein humanpathogener Erreger, der eine Reihe verschiedener Krankheiten verursachen kann. Über die Interaktion von Streptokokken mit humanen Endothelzellen während invasiver Streptokokkeninfektionen sind bisher nur wenige Daten vorhanden. In dieser Arbeit wurden deshalb die molekularen Mechanismen, die an der Aufnahme von S. pyogenes in primäre HUVEC beteiligt sind, eingehender charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass Streptokokken des Serotyps M3 über cholesterinhaltige Membranmikrodomänen internalisiert werden. Die Internalisierung geht ultrastrukturell mit der Bildung von protrusiven Membranausstülpungen einher. Auf molekularer Ebene kommt es zu Reorganisationen des Aktin-Zytoskeletts, für die die Aktivität von Tyrosinkinasen der Src-Familie essentiell sind. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die GTPase Rac1 während der Internalisierung aktiviert wird und für den Aufnahmeprozess essentiell ist. Darüber hinaus konnte das erste Mal eine Verbindung zwischen der Reorganisation des Aktin-Zytoskeletts während der Aufnahme von Streptokokken und der Rekrutierung des Arp2/3-Komplexes, der durch Rac1 aktiviert werden kann, nachgewiesen werden. Die Aktivierung von Rac1 erfolgt dabei auf einem Phosphatidylinositol 3-Kinase (PI3K)-unabhängigen Weg. Die Aktivität von PI3Ks spielt jedoch eine entscheidende Rolle für das intrazelluläre Schicksal der Streptokokken. Die pharmakologische Inhibierung der PI3Ks verhindert die Rekrutierung von LAMP1, einem Markerprotein für späte Endosomen/Lysosomen. Die Bakterien kolokalisieren transient mit EEA1 einem Markerprotein für frühe Endosomen, das über eine FYVE-Domäne an Phosphatidylinositol (3)-Phosphat (PtdIns(3)P) bindet. PtdIns(3)P wird durch Klasse III PI3Ks transient auf der endosomalen Membran gebildet. Diese Experimente zeigten das erste Mal eine Funktion dieser PI3K-Klasse bei der Internalisierung von S. pyogenes in eukaryontische Zellen.

Streptococcus pyogenes (GAS) is a human pathogen that causes several diseases. There is little known about the interactions of streptococci with human endothelial cells during invasive streptococcal disease. In this work the molecular mechanisms involved in the uptake of S. pyogenes into primary HUVEC were characterized. It was shown that streptococci of serotype M3 are internalized via cholesterol containing membrane microdomains. On the ultrastructural level, the internalization is accompanied by the formation of membrane protrusions. On the molecular level the actin cytoskeleton becomes reorganized at streptococcal entry sites in a Src kinase-dependent manner. It was also shown that the GTPase Rac1 is activated in infected cells and is essential for the uptake process. Furthermore, a connection between reorganization of the actin cytoskeleton during GAS uptake and recruitment of the Arp2/3 complex, which can be activated by Rac1, was shown. The activation of Rac1 is phosphatidyinositol 3 kinase (PI3K)-independent whereas the activity of PI3Ks is crucial for the intracellular fate of GAS. It was shown that pharmacological inhibition of PI3K activity prevents recruitment of LAMP1, a marker protein of late endosomes/lysosomes. The bacteria co-localize transiently with EEA1, which is a marker for early endosomes that contains a FYVE domain. This domain binds to phosphatidylinositol (3)-phosphate that is transiently produced on endosomal membranes by class III PI3Ks. These experiments show for the first time a function of this PI3K class during internalization of S. pyogenes into eukaryotic cells.

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Nerlich, Andreas: Internalisierung von Streptococcus pyogenes in humane Endothelzellen: Charakterisierung der beteiligten Signaltransduktionswege. 2006.

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