Untersuchungen zum Rekrutierungsmechanismus und zur funktionellen Rolle des atypischen Myr5 bei der Epithelzellinvasion durch Shigella flexneri

Abstract

Shigellen sind die Erreger der bakteriellen Ruhr beim Menschen, ihrem einzigen bisher bekannten Wirt. Ein wesentlicher Virulenzfaktor von Shigellen ist ihre Fähigkeit, in Epithelzellen des Intestinaltraktes einzudringen. Dabei induziert Shigella in der Wirtszelle Zytoskelettrearrangements, die zur Ausbildung einer blütenartigen Membranstruktur um das Bakterium herum führen, die schließlich über dem eindringenden Bakterium konfluiert und damit den Mikroorganismus internalisiert. Die Zytoskelettveränderungen sind essenziell für den Internalisierungsmechanismus und werden von der kleinen GTPase Rho gesteuert, wobei die Rho-Aktivität zeitlich und räumlich streng reguliert wird, um eine überschießende Bildung von F-Aktin auf Kosten des zellulären G-Aktin-pools zu verhindern. Myr5, ein atypisches Myosin der Klasse IX, ist das erste beschriebene Myosin mit einem Rho inaktivierenden GAP-Modul. Deshalb vermuteten wir, dass der Rho-Antagonist Myr5 während der Shigelleninvasion funktionell von Bedeutung sein könnte. Wir konnten zeigen, dass Myr5 bei der Shigelleninvasion in die zellulären Protrusionen rekrutiert wird. Dort kolokalisierte Myr5 mit F-Aktin und den Rho-Isoformen B und C, nicht jedoch mit RhoA. Die Rekrutierung von Myr5 in die Invasionszone erfolgte unabhängig von der Myosin-Kopf- und der GAP-Funktion. Die Resultate funktioneller quantitativer Untersuchungen zu einer möglichen Rolle während der bakteriellen Invasion sind kompatibel mit der Hypothese, dass sowohl die GAP-Funktion als auch die Myosin-Kopf-Funktion von Myr5 während unterschiedlicher Phasen der Shigelleninvasion von Bedeutung sind.

Shigella causes bacillary dysentery in humans, the only known host. A major feature of its pathogenic potential is the capacity to invade intestinal epithelial cells. Shigella entry into epithelial cells is considered a parasite induced internalization process requiring cytoskeletal rearrangements. Shigella induces a blossom-like membrane structure consisting of membrane sheaths that coalesce above and thus internalize the invasive microorganism. Cytoskeletal remodeling is an essential part of the entry process and is regulated by the small GTPase rho. Temporal and special regulation of rho activity is important to prevent excessive generation of F-actin in depense of the cellular G-actin pool. The class IX myosin myr5 is characterized by a GTPase activating protein (GAP)-module in the tail region. The GAP-module of myr5 is able to inactivate rho. We therefore hypothesized a potential role of myr5 in the regulation of rho activity during Shigella entry into epithelial cells. We could show that myr5 is recruited into bacterial entry spot. Myr5 colocalized with F-actin, rhoB and rhoC but not rhoA. Shigella-induced recruitment of myr5 did not require a functional myosin head or GAP-domain. The results of quantitative functional studies of a potential role of myr5 during bacterial entry suggest a dual role of the myosin head function and the GAP module of myr5 during different steps of the internalization process.