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Dissertation

Autor(en): Cecilia Maria Amelie Engels
Titel: Host cell factors influencing intracellular survival and replication of Legionella pneumophila
Gutachter: A. Flieger; K. Heuner; T. F. Meyer
Erscheinungsdatum: 28.04.2010
Volltext: html (urn:nbn:de:kobv:11-100214211)
pdf (urn:nbn:de:kobv:11-100112009)
Fachgebiet(e): Biowissenschaften, Biologie
Schlagwörter (ger): NF-kappaB, Legionella pneumophila, zellulärer Transport, Golgi-Apparat, Proteinphosphorylierung, Zwei-phasige NF-kappaB Aktivierung
Schlagwörter (eng): NF-kappaB, Legionella pneumophila, Cellular trafficking, Golgi-apparatus, Protein phosphorylation, Biphasic NF-kappaB activation
Einrichtung: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
Zitationshinweis: Engels, Cecilia Maria Amelie: Host cell factors influencing intracellular survival and replication of Legionella pneumophila; Dissertation, Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I , publiziert am 28.04.2010, urn:nbn:de:kobv:11-100112009
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Abstract (ger):
Legionella pneumophila ist der Erreger der Legionärskrankheit. Die Pathogenität des Bakteriums basiert auf seiner Fähigkeit innerhalb menschlicher Lungenzellen zu überleben und sich zu vermehren. Demzufolge ist L. pneumophila nicht nur interessant als wichtiges Pathogen, sondern kann auch als Sonde verwendet werden, um allgemeine intrazelluläre Ereignisse zu untersuchen. Ein Beispiel hierfür ist die, durch das Pathogen gestörte, intrazelluläre Kommunikation zwischen den Organellen des endoplasmatischen Retikulums (ER) und dem Golgi Apparat (GA). In der vorliegenden Studie schlagen wir ein neues Modell vor, wie das Bakterium erfolgreich seine replikative Nische, die Legionella Vakuole (LV), innerhalb des Zytosols aufbauen könnte, um seine Ausbreitung zu garantieren. Um die Mechanismen für die erfolgreiche Ausbeutung der Wirtszelle gezielt untersuchen zu können, haben wir mit Hilfe von siRNA spezifisch verschiedene Wirtszellproteinen herunterreguliert und den Einfuß der Abwesenheit dieser Proteine auf die Vermehrung von L. pneumophila gemessen. Die Ergebnisse wiesen darauf hin, dass die LV möglicherweise den Golgi Apparat imitiert und auf diese Weise den zellulären Vesikeltransport umleitet. Diese Theorie wurde durch in silico Ergebnisse unterstützt, die in der Proteinsequenz des Legionella Effektor-Proteins LidA, das auf der Vakuole lokalisiert ist, ein SNARE-ähnliches Motiv zeigte. Dies weist auf ein auf der Vakuole lokalisiertes SNARE-Erkennungsmotiv hin, das notwendig sein könnte, um zelluläre Transportvesikel zu koppeln. Aus dem Wissen heraus, dass L. pneumophila in der Lage ist, die Aktivierung der zellulären Proteine Arf1 und Rab1 durch Phosphorylierung und Dephosphorylierung zu regulieren, machten wir uns auf die Suche nach Proteinen, die auf Infektion hin modifiziert werden. Die Kommunikation von Wirt und Pathogen über Phosphorylierung ist bekannt im Bezug auf pathogenspezifische Modifikation des Zytoskeletts und Signalkaskaden in der Anti-Apoptose. Für diese Studie wurde ein Antikörper verwendet, der spezifisch phosphorylierte Tyrosinreste erkennt. Dies resultierte in der Detektion einer Serin-Threonin-Kinase in der Amöbe Acanthamöba castellanii, die an einem Tyrosinrest phosphoryliert ist. Diese Amöben-Kinase wies in silico Homologie zu der humanen GS-Kinase 3 des Wnt-Signalwegs, bekannt aus der Forschung der embronalen Entwicklung bei Drosophila, auf. Der letzte Teil dieser Arbeit konzentrierte sich auf die, durch eine L. pneumophila-Infektion ausgelöste, anti-apoptotische Signalkaskade. Es ist bekannt, dass auf eine Infektion hin NF-kappaB aktiviert wird. Dies führt dazu, dass p65 in den Zellkern wandert und dort als Transkriptionsfaktor aktiv wird. Diese Translokation geschieht in 2 zeitversetzten Phasen. Eine Aktivierungsspitze wird nach dem Kontakt mir bakteriellem Flagellin gemessen, gefolgt, von einer dauerhaften Aktivierung, abhängig von einem funktionierenden Dot/ Icm Typ-IV-Translokationssystem. In dieser Arbeit stießen wir auf eine L. pneumophila Mutante, die den Dot/ Icm-Effektor SdbA nicht bildet, und die daraufhin NF-appaB nicht aktivieren kann. Diese Mutante war ebenfalls nicht in der Lage, sich in Epithelzellen zu vermehren. Dies ist außergewöhnlich, da das L. pneumophila Effektor Repertoire so redundant ist, dass die Abwesenheit eines einzigen Effektors selten einen so starken Einfluss auf die Replikation hat. All diese Ergebnisse zeigen zusammengenommen, auf wie vielen verschiedenen Ebenen L. pneumophila in der Lage ist, seine Wirtszelle zu manipulieren, um einerseits die nötige Nische für seine Vermehrung zu etablieren und andererseits die Zelle am Selbstmord zu hindern. Dies geschieht durch Imitation zellulärer Prozesse.
Abstract (eng):
Legionella pneumophila is the causative agent of Legionnaires´ disease. The bacterium’s pathogenicity is based on its ability to survive and multiply efficiently inside human alveolar cells. Therefore, L. pneumophila is not only an important pathogen, but can also be used as a probe to investigate host cell function as for example, in the cellular trafficking pathway. In this study, we establish a new model of how this pathogen efficiently constructs its replicative niche, the Legionella containing vacuole (LCV), inside the host cytosol, enabling its dissemination. To investigate the mechanisms that lead to effective exploitation of the host cell, we down-regulated specific host cellular proteins via siRNA technology and measured the subsequent impact on L. pneumophila replication. The results suggest that the LCV mimicks the Golgi apparatus and via this mechanism hijacks host cellular vesicular trafficking. The L. pneumophila secreted effector protein LidA, located within the LCV, is shown to have a SNARE-like motif, suggesting a SNARE like sole connected to the LCV. Since it is known that cellular signalling proteins are controlled via phosphorylation and dephosphorylation, we went on to search for specifically modulated host cell proteins after L. pneumophila infection. The cross-talk of the pathogen with its host via phosphorylation has been connected to several sub-cellular activities leading to, for instance, cytoskeleton rearrangement and signalling events including anti-apoptosis pathways. Here we used a phosphorylated tyrosine antibody resulting in the detection of an amoeba serine-threonine-kinase, phosphorylated at its tyrosine residue. This kinase shows homologies to the human GSK3 of the wnt-signalling pathway. (“Wnt“ is merged from the names of the homologues genes Wg (Drosophila melanogaster) and Int (mouse) both employed in evolutionary developement.) The final part of this work concentrated on anti-apoptotic signalling events induced upon L. pneumophila infection. It is known that during L. pneumophila infection the activation of NF-kappaB and subsequent translocation of p65 from the cytosol into the nucleus follows a biphasic pattern. One short peak of activation is induced upon contact with bacterial flagellin, succeeded by a permanent Dot/ Icm type IV secretion system-dependent activation. In this study, we found the L. pneumophila mutant lacking the Dot/ Icm effector SdbA to be unable to activate NF-kappaB. This mutant also showed impaired growth in epithelial cells. This is remarkable due to the high redundancy of the L. pneumophila effector system, meaning deletion of a single effector rarely has such a big impact on replication. Taken together this work demonstrates, the manifold ways in which L. pneumophila on the one hand side establishes its niche to ensure replication and on the other hand side to bars its host cell from suicide. All of this is managed by mimicking cellular processes.
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