Molekulare Mechanismen der FbaB-vermittelten Invasion von Streptococcus pyogenes in humane Endothelzellen

Amelung, Silva

Streptococcus pyogenes vom Serotyp M3 (M3 S. pyogenes, M3 GAS) verursacht neben superfiziellen Infektionen auch schwere invasive, gewebszerstörende Erkrankungen, wie das ?streptococcal toxic shock syndrome? (STSS) oder die Nekrotisierende Fasziitis. Die Interaktion von M3 GAS mit verschiedenen Wirtsbarrieren ist daher für das Pathogen notwendig, um tiefer liegendes Gewebe zu erreichen. M3 S. pyogenes haben ein starkes Potential Endothelzellen (EZ) zu invadieren, welche das Lumen der Blutgefäße auskleiden. Da der bakterielle, invasionsvermittelnde Faktor unbekannt ist, sollte in dieser Arbeit das Invasionspotential von FbaB (ein im Zusammenhang mit STSS stehendes Fibronektin-bindendes Protein von M3 GAS) in Bezug auf Endothelzellen untersucht werden. Mit Hilfe von FbaB-gekoppelten Latexpartikeln, eines heterolog FbaB-exprimierenden Bakteriums und einer FbaB knock-out Mutante wurde das Invasionspotential von FbaB auf EZ untersucht. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass FbaB ein schnelles und potentes Invasin von M3 GAS für EZ ist. Weitere Untersuchungen ergaben einen, über Membranprotrusionen vermittelten Aufnahmemechanismus, der von einer, durch Rac1 Aktivierung ausgelösten, massiven F-Aktin Akkumulation begleitet wird. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass FbaB die Aufnahme in frühe Endosomen vermittelt, welche im weiteren Verlauf mit Lysosomen fusionieren. Analysen der intrazellulären Signalwege ergaben eine Beteiligung der Phospholipase C, des intrazellulären Calciums und der Proteinkinase C. Ferner zeigt diese Arbeit, dass bei der FbaB-vermittelten Aufnahme auch eine Beteiligung der PI3-Kinasen und der Src-Kinase nicht ausgeschlossen werden kann. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass FbaB das erste identifizierte potente Invasin von M3 GAS ist. Es spielt eine wichtige Rolle bei der Invasion in Endothelzellen. Ein Vorgang der für die Pathogene essentiell ist bei der Begegnung mit dem vaskulären System und anschließender Ausbreitung in tieferes Gewebe.

Streptococcus pyogenes (S. pyogenes, GAS) is related to severe invasive, tissue damaging diseases such as streptococcal toxic shock syndrome (STSS) or necrotizing fasciitis. Interaction of M3 GAS with different host barriers represents a needful step to reach deeper tissue. One possible barrier is represented by endothelial cells (EC), which line blood vessels. It could be shown, that M3 S. pyogenes developed a strong invasion potential towards EC. However, the bacterial factor, leading to invasion remains unclear. Since M3 S. pyogenes express FbaB, a fibronectin-binding protein associated with STSS, FbaB represented an interesting candidate for mediating invasion into EC. The aim of this study was therefore to uncover the invasion potential of FbaB on endothelial cells. FbaB-coated latex beads, a heterologous FbaB-expressing strain, as well as a FbaB knock-out mutant were generated to discover the invasion potential of FbaB on EC in vitro. This work identified FbaB as a strong and fast invasin of M3 S. pyogenes for EC. Further analyses of the trafficking route revealed a membrane protrusion-mediated uptake mechanism which involves massive F-actin accumulation resulting from Rac-1 recruitment and activation. Furthermore, it could be shown that FbaB mediates uptake into early endosomes, which subsequently mature and fuse with lysosomes. Chemical interference with cellular signaling molecules revealed involvement of the phospholipase C (PLC), intracellular calcium and protein kinase C (PKC). This study also uncovered a potential involvement of PI3 kinases and Src kinase in the FbaB mediated uptake process. In conclusion, FbaB is the first S. pyogenes endothelial cell invasin identified. It plays an essential role in endothelial cell invasion by M3 S. pyogenes and thereby may be crucial for encounter with the vascular system and spreading of the pathogen into deeper tissue.

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Amelung, Silva: Molekulare Mechanismen der FbaB-vermittelten Invasion von Streptococcus pyogenes in humane Endothelzellen. 2010.

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