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5.  Zusammenfassung

Shigellen sind die Erreger der bakteriellen Ruhr beim Menschen. Diese Erkrankung entspricht einer Kolitis und wird im Wesentlichen durch die häufigen, stark wässrigen Stuhlent­leerungen, die Schleim- und Blutbeimengungen enthalten können, und die dadurch hervorgerufenen Symptome des starken Flüssigkeitsverlustes charakterisiert.

Ein wesentlicher Virulenzfaktor der Shigellen ist die Fähigkeit, in die Epithelzellen des Gastrointestinaltraktes einzudringen. Dabei induziert Shigella in der Epithelzelle Zytoskelettrearrangements, die zur Ausbildung einer blütenartigen Membranstruktur um das Bakterium herum führen. Die Zytoplasma­membran konfluiert schließlich über dem Bakterium und internalisiert es. Dieser Vorgang ist Rho-abhängig. Diese kleine GTPase ist essentiell für die Shigelleninvasion und wird während der Invasion an die bakterielle Eintrittsstelle rekrutiert. Dabei akkumuliert RhoA direkt an der bakteriozellulären Kontaktzone, wohingegen die Isoformen RhoB und RhoC in die zellulären Protrusionen rekrutiert werden. In der Invasionszone stabilisiert und bündelt Rho filamentäres Aktin. Eine Inhibition der GTPase Rho mit dem Rho-spezifischen Inhibitor C3 verhindert die bakterielle Invasion.

Myr5, ein atypisches Myosin der Klasse IX, ist das erste beschriebene Myosin mit einem GAP-Modul. Mit dieser Regulationsfunktion kann Myr5 Rho inaktivieren. So führt eine Überexpression von Myr5 zu Zytoskelettveränderungen, die von denen des Rho-spezifischen Inhibitors C3 nicht unterscheidbar sind. Zum Studium einer potentiellen Rolle des Rho-Antagonisten Myr5 für die Epithelzellinvasion durch Shigella flexneri wurden HA- und VSV-getagte Myr5-Konstrukte in einer humanen Epithelzelllinie transient zur Expression gebracht. Dabei zeigte sich, dass Myr5 bei der Shigelleninvasion in die zellulären Protrusionen rekrutiert wird. Dort kolokalisiert Myr5 mit F-Aktin und RhoB/C, nicht jedoch mit RhoA. Um den Rekrutierungsmechanismus zu untersuchen, wurden Experimente mit Myr5-Konstrukten, die hinsichtlich der GAP-Funktion bzw. der ATPase-Funktion oder ATP-Bindungsstelle mutiert waren, durchgeführt. Diese Myr5-Mutanten wurden ebenfalls Shigellen-induziert in die Invasionszone rekrutiert. In doppeltransfizierten Zellen zeigten Myr5 und diese Mutanten identische Rekrutierungsmuster. Dies deutet darauf hin, dass die Rekrutierung von Myr5 in die bakterielle Invasionszone unabhängig von der GAP- und der Myosin-Funktion erfolgt.

Mit quantitativen Invasionsexperimenten wurde eine Beeinflussung der bakteriellen Invasion durch Myr5 untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass Myr5 in Abhängigkeit von der [Seite 67↓]Expressions­effizienz die Empfänglichkeit der Zellen für eine Infektion mit Shigella vermindert. Eine starke Überexpression von Myr5 führt zu einer kompletten Invasionsinhibition. Dabei inaktiviert Myr5 mittels seiner GAP-Funktion vermehrt Rho und inhibiert dadurch dessen für die Shigelleninvasion essentielle, Aktin-stabilisierende Wirkung. Im Gegensatz dazu erhöht eine GAP-negative Myr5-Mutante expressionsabhängig die bakterielle Infektionseffizienz. Dies lässt den Schluss zu, dass neben der GAP-Funktion auch die Myosin-Funktion von Myr5 während des Invasionsprozesses funktionell von Bedeutung ist.

Somit besitzt Myr5 während der Epithelzellinvasion von Shigella flexneri möglicherweise zweizeitig verschiedene, antagonistische Funktionen. Im Modell zur Shigelleninvasion könnte Myr5 zunächst mittels seiner Myosin-Funktion Aktin-stabilisierend und somit invasions­fördernd wirken. Zu einem späteren Zeitpunkt inaktiviert Myr5 mittels der GAP-Funktion die GTPase Rho und inhibiert dadurch dessen Aktin-stabilisierende Wirkung. Somit würde Myr5 dann antagonistisch zur Shigellen-induzierten Aktin­reorganisation wirken und könnte damit die Rückbildung der zur Invasion nötigen Zytoskelett­veränderungen initiieren.

Aufgrund der Tatsache, dass Myr5 nur mit den Rho-Isoformen RhoB und RhoC in den Spitzen der zellulären Protrusionen kolokalisiert ist es sehr wahrscheinlich, dass Myr5 nur diese Rho-Isoformen nach der Invasion von Shigella inaktiviert. Da Myr5 in vitro jedoch auf alle 3 Rho-Isoformen eine inaktivierende Wirkung besitzt, scheinen somit im Modell zur Epithelzellinvasion von Shigella RhoB und RhoC allein durch ihr Rekrutierungsverhalten, Isoformen-spezifisch von Myr5 inaktiviert zu werden.


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06.01.2005