SFB590

Interaktion von Chlamydia pneumoniae mit der Wirtszelle: Adhäsion, Internalisierung und die intrazelluläre DIfferenzierung

Die Chlamydien durchlaufen in ihrem Entwicklungszyklus zwei Differenzierungsprozesse, deren Endpunkte charakterisiert sind durch 2 funktional und morphologisch distinkte Zelltypen. Die infektiöse, extrazelluläre Entwicklungsform wird Elementarkörperchen (EB oder Elementary Body) genannt, ist nur zirka 0.3 µm groß, trägt ein stark kondensiertes Genom und zeigt keine meßbare metabolische Aktivität. Die intrazelluläre, replikative Entwicklungsform nennt man Retikularkörperchen (RB oder Reticulate Body); diese sind zirka 1 µm groß und gekennzeichnet durch eine aufgelockerte Chromatinstruktur, metabolische Aktivität und das Fehlen von Infektiosität. Der chlamydiale Entwicklungszyklus wird initiiert durch Aufnahme eines EBs durch die eukaryotische Wirtszelle nach dem sog. Zipper-Mechanismus, der die Beteiligung bakterieller Liganden und Wirtszellrezeptoren fordert. Allerdings wird für die chlamydiale Infektion je nach Spezies und Zelltyp sowohl Phagozytose wie auch Rezeptor-vermittelte Endozytose diskutiert. Die internalisierten Chlamydien verbleiben während ihres gesamten Entwicklungszyklus in der Membran-umhüllten Vakuole (Phagosom), welche Einschlußkörper (Inclusion) genannt wird und nicht mit Lysosomen fusioniert. Kurz nach Internalisierung beginnen sich die EBs zu reorganisieren und differenzieren zu RBs, welche dann wachsen und sich durch Querteilung vermehren. Später im Entwicklungszyklus stoppt die Vermehrung der RBs in den Einschlußkörpern und die RBs beginnen eine Rückdifferenzierung zu EBs, welche dann durch Lyse oder Exozytose aus der eukaryotischen Wirtszelle freigesetzt wird, um Nachbarzellen neu zu infizieren. Alle Chlamydienarten durchlaufen einen ähnlichen Entwicklungszyklus. Die Signale, welche die Differenzierung vom EB zum RB sowie vom RB zum EB auslösen, sind unbekannt. Ergebnisse Die Adhäsion von C. pneumoniae  an die Wirtszelle ist ein pathogenetisch sehr wichtiger Schritt. Der Ausgangspunkt für unsere gegenwärtigen Arbeiten war die Frage, ob und gegebenenfalls welche Rolle Glykosaminoglykane (GAG) auf der eukaryotischen Zelloberfläche am Adhäsionsprozeß von C. pneumoniae  an die Zielzelle spielen. Diese GAG-Strukturen sind als spezifische Wirtszell-Rezeptoren für die Wechselwirkung mit einer Reihe von Mikroorganismen, beispielsweise Neisseria gonorrhoeae beschrieben worden. Wir konnten zeigen, daß C. pneumoniae  für eine effiziente Infektion an ein Heparansulfat-ähnliches GAG bindet, welches sich auf der Oberfläche der Wirtszelle befindet. Dieses Modell der C. pneumoniae  Adhäsion basiert auf den folgenden experimentellen Befunden: 1. Heparansulfat und Heparin vermindern kompetitiv und dosisabhängig die Infektiosität von C. pneumoniae. 2. Heparansulfat und Heparin vermindern kompetitiv und dosisabhängig die Bindung der EBs an die Hep2-Zellen. 3. Eine enzymatische Entfernung von Heparansulfat von der Oberfläche der Zielzelle führt zu einer drastischen Reduktion der Infektionsrate des Erregers. 4. Durch eine Vorbehandlung von C. pneumoniae  mit Heparin kann die Infektiosität des Erregers deutlich reduziert werden, was darauf schließen läßt, daß sich eine Glykosaminoglykan-bindende Komponente auf der Oberfläche des Erregers befindet. 5. CHO-Mutantenzellinien, die Defekte in der Heparansulfatbiosynthese aufweisen, können wesentlich schlechter mit C. pneumoniae  infiziert werden als die entsprechende Wildtypzellinie. Die reduzierte Infektionseffizienz der CHO-Zellinien konnte durch Vorbehandlung mit exogenem Heparin behoben werden, was ebenfalls auf Heparansulfat-ähnliche GAG-Strukturen als zellulären Rezeptor hin weist. Ziele  (A) In den bisherigen Arbeiten konnten wir Glykosaminoglykanstrukturen (GAGs) auf der Wirtszelle als notwendiges Element zur Adhäsion und Internalisierung von C. pneumoniae  identifizieren. Zukünftig sollen auf diesen Befund aufbauend Adhäsionsproteine von C. pneumoniae  identifiziert und funktional charakterisiert werden. Hierbei werden chlamydiale Proteine biochemisch aufgereinigt, über 2-D-Proteingele getrennt, mittels Massenspektroskopie (MALDI TOF) analysiert und durch Vergleich mit der Genom-Datenbank von C. pneumoniae  identifiziert. Über einen komplementierenden funktionellen genetischen Ansatz wollen wir durch Präsentation chlamydialer Proteine auf der Hefeoberfläche chlamydiale GAG-abhängige und -unabhängige Adhäsionsproteine identifizieren. Die funktionelle Charakterisierung der Kandidatenproteine wird zur Identifizierung von chlamydialen Proteinen führen, die in der Adhäsion und / oder der Internalisierung beteiligt sind. Der genetische Ansatz erlaubt uns auch die Suche nach den Oberflächenproteinen der eukaryotischen Zelle, welche für das chlamydiale Adhäsions- und Internalisierungsgeschehen benötigt werden.