Role of Rab20 in phagosome maturation and mycobacterial killing

Pei, Gang

Die Reifung von Phagosomen ist ein progressiver Prozess in dem ein Phagosom nach und nach mit frühen Endosomen, späten Endosomen und letztendlich mit Lysosomen interagiert. Es entsteht ein Phagolysosom. Dieser Prozess spielt sowohl für das angeborene Immunsystem eine entscheidende Rolle indem es intrazellulare Pathogene eliminiert, als auch für das adaptive Immunsystem. Es konnte gezeigt werden, dass Interferon-g (IFN-g) generell regulierend auf den Reifungsprozess und dadurch verknüpfte Immunfunktionen wirken kann. Durch welche Akteure IFN-g die Phagosomenreifung moduliert ist jedoch weitestgehend unbekannt. Rab Proteine gehören zu der Familie der kleinen GTPasen. Als Membranproteine, die auf Vesikeln lokalisiert sind, koordinieren sie die intrazellulare Antwort auf extrazellulare Reize. IFN-g steigert nicht nur die Proteinexpression von Rab20 in der Zelle, sondern auch die Assoziation von Rab20 am Phagosom in Makrophagen. Befindet sich Rab20 am Phagosom so induziert es, in einem frühen Stadium, eine verlängerte Assoziation von Rab5 und PI3P mit dem Selbigen. Ein gegenteiliger Effekt ist zu erkennen, exprimiert man eine dominant negative Mutante von Rab20 oder generiert einen Rab20 knock-down in Makrophagen. In diesem Fall verkürzt sich der Zeitraum in dem Rab5 und PI3P mit dem Phagosom assoziiert sind. Auf das Überleben von Mykobakterien in Makrophagen hatte die Überexpression von Rab20 keinen Einfluss. Weiterhin wird gezeigt, dass Rabex5 ein Effektor von Rab20 ist und als solcher durch Rab20 zum Phagosom rekrutiert wird. Dieser Prozess ist IFN-g abhängig. In Folge dessen führt eine erhöhte Konzentration von Rabex5 am Phagosom zu einer vorrübergehend erhöhten Konzentration von aktivem Rab5 am Phagosom. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass diese Dissertation Rab20 als einen der molekularen Hauptakteure beschreibt, der für die IFN-g induzierte Verzögerung der Phagosomenreifung in Makrophagen verantwortlich ist.

Phagosome maturation is a progressive process, in which nascent phagosomes sequentially interact with early endosomes, late endosomes and lysosomes, leading to the formation of phagolysosomes. It is a critical part for innate immunity to eliminate intracellular pathogens and for adaptive immunity to process antigens. There is compelling evidence that IFN-g is able to regulate phagosome trafficking and consequently the immune function of this process. However, the molecular link by which IFN-g modulates phagosome trafficking and function is not known. Rab is a family of small GTPases, which function as central membrane organizers coordinating extracellular immune mediators and the intracellular trafficking. In this thesis, the role of Rab20 in phagosome maturation and its modulation by IFN-g was investigated. IFN-g enhanced Rab20 expression and Rab20 association to phagosomes in macrophages. Moreover, Rab20 association to phagosomes induced an early delay in phagosome maturation with the prolonged duration of Rab5 and PI3P association. Conversely, the expression of the dominant negative mutant of Rab20 and knockdown of Rab20 accelerated phagosome maturation decreasing the time that Rab5 and PI3P retained to phagosomes. Particularly, the killing of mycobacteria was not affected by the expression of Rab20 wild type. This work further demonstrated that Rab20 was required for the delay in phagosome maturation induced by IFN-g. Rabex-5, as an effector of Rab20, was recruited to phagosomes by Rab20 in an IFN-g dependent manner. Higher level of Rabex5 in phagosome results in a transient increase of active Rab5 in phagosomes. Altogether, this work uncovers Rab20 as a key player in the mechanism by which IFN-g induces a delay in phagosome maturation in macrophages.

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Pei, Gang: Role of Rab20 in phagosome maturation and mycobacterial killing. 2013.

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