Molecular function and biological importance of the protease CPAF during infection of human cells by Chlamydia
Final Report Abstract
Chlamydia trachomatis ist ein obligat intrazelluläres Bakterium, das in Epithelzellen insbesondere des Genitaltrakts repliziert und sehr häufig Infektionen auslöst, die schwere Verläufe nehmen können. Chlamydien vermehren sich innerhalb einer zytosolischen Vakuole (dem sog. Einschluss), der von der Wirtszelle fast wie eine weitere Organelle akzeptiert und mit Nährstoffen versorgt wird. Wie Chlamydien dies erreichen ist in vielen Aspekten unklar. Wir gehen davon aus, dass Chlamydienproteine, die aus dem Einschluss in das Zytosol sezerniert werden, eine entscheidende Rolle spielen, jedoch sind wenige derartige Proteine zweifelsfrei identifiziert und mit klaren Funktionen belegt. In Vorarbeiten zu diesem Projekt hatten wir Hinweise darauf erhalten, dass die Chlamydienprotease CPAF hier eine Rolle spielen könnte. CPAF wird etwa zur Halbzeit des Replikationszyklus in die Zelle sezerniert und ist proteolytisch aktiv. Eine Reihe von zellulären Proteinen wurde in der Vergangenheit identifiziert, die von CPAF gespalten werden können und deren Spaltung möglicherweise für die Infektion von Bedeutung ist. Wir hatten eine Reihe von neuen Substraten identifiziert, und dieses Projekt hatte zum Ziel, die Rolle dieser Substrate für den Verlauf der Chlamydieninfektion zu verstehen. Es gab eine Entwicklung im Chlamydienfeld, die eine gewisse zusätzliche Strategie erforderlich macht, nämlich die Demonstration, dass wohl ein Großteil der publizierten Spaltereignisse ein Extraktionsartefakt ist. Dies betraf unsere Arbeiten nur zu einem geringen Teil; allerdings entstand im Feld nach einer ursprünglichen CPAF-Goldgräberstimmung eine anti-CPAF-Bewegung, die argumentativ und z. T. experimentell berücksichtigt werden musste. Ich habe mich intensiv an dieser Diskussion beteiligt. In Arbeiten an diesem Projekt haben wir zunächst gezeigt, dass CPAF die NF-κB-Komponente RelA spalten kann. Dies folgte dem Literaturbericht, dass RelA durch eine andere Chlamydienprotease gespalten würde; wir konnten zeigen, dass die berichtete Spaltung tatsächlich durch CPAF geschieht, und dass die bloße Expression von CPAF in menschlichen Zellen die Aktivierung von NF-κB reduzieren kann. Inwiefern dies während einer Infektion relevant ist, konnte bislang noch nicht geklärt werden, da ein CPAF-defizienter Stamm nicht zur Verfügung stand. In einem zweiten Teil konnten wir zeigen, dass CPAF, wenn es in menschlichen Zellen (ohne weitere Chalymdienkomponenten) exprimiert wird, eine Fragmentierung des Golgi-Apparats auslöst. Golgi-Fragmentierung wurde ebenfalls während einer Infektion beobachtet (Literaturdaten, die im Verlauf des Projekts veröffentlicht wurden), und es wurden Hinweise darauf publiziert, dass diese Fragmentierung für die Infektion von großer Bedeutung ist. Wir konnten weiter zeigen, dass ein damals beschriebener Inhibitor der Golgi-Fragmentierung (WEHD-fmk) CPAF inhibieren kann (Zusammenarbeit mit Dr. Dagmar Heuer, Berlin). Allerdings haben wir später Hinweise darauf gefunden, dass eine Golgi-Fragmentierung durch C. trachomatis auch in der Abwesenheit nachweisbarer CPAF-Sekretion ins Zytosol stattfindet. Die Relevanz dieser Befunde ist daher im Moment nicht klar. In einem weiteren Teil des Projekts haben wir die globale proteolytische Aktivität von CPAF gemessen. Diese Daten erbrachten die unserer Ansicht nach sehr wichtige Information, dass C. trachomatis die zelluläre Proteinsynthese, sehr wahrscheinlich auf Ebene der Translation, beeinträchtigt. Dass CPAF dem zugrunde liegt ist noch nicht eindeutig, jedoch wahrscheinlich. Wir halten dies für einen wichtigen Befund, der eine zentrale Komponente der Interaktion zwischen Wirt und Bakterium beschreiben würde. Ein weiteres chlamydienähnliches Bakterium, Waddlia chondrophila, scheint ähnliche Aktivität zu besitzen; wir vermuten, dass es sich hier um eine zentrale Fähigkeit der Chlamydiales handelt, die eng mit der Fähigkeit verbinden ist, in einer intrazellulären Vakuole zu wachsen. Dieser Befund soll in einem Folgeprojekt weiter untersucht werden. Wir glauben, dass wir mit diesen Arbeiten einem wichtigen biologischen Effekt der Chlaymdieninfektion und der Rolle eines zentralen Chlamydienfaktors nähergekommen sind. Zukünftige Arbeiten werden zeigen, welche Bedeutung CPAF und Inhibition der zellulären Proteinsynthese für die Infektion des Menschen durch C. trachomatis und den klinischen Verlauf haben.
Publications
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(2010) Cleavage of the NF-B-family protein p65/RelA by the chlamydial protease chlamydial protease-like activity factor (CPAF) impairs pro-inflammatory signalling in cells Infected with chlamydiae. J Biol Chem., 285(53):41320-7
Christian, J.G., Vier, J., Paschen, S.A. and Häcker G.
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(2011) Targeting of a chlamydial protease impedes intracellular bacterial growth. PLoS Pathogens, 7(9):e1002283
Christian, J. G., Heymann, J., Paschen, S. A., Vier, J., Schauenburg, L., Rupp, J., Meyer, T. F., Häcker, G., and Heuer, D.
