Rolle von Peptidyl-Prolyl cis/trans-Isomerasen (PPlasen) bei der Aufnahme binärer Bakterientoxine in das Zytosol von Säugetierzellen

• Antragsteller: Professor Dr. Holger Barth
• Fachliche Zuordnung: Public Health, Gesundheitsbezogene Versorgungsforschung, Sozial- und Arbeitsmedizin
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 110265127

Viele medizinisch wichtige Bakterientoxine, wie das Diphtherietoxin, transportieren nach ihrer Rezeptor-vermittelten Aufnahme in Säugetierzellen eine enzymatisch aktive Untereinheit aus Endosomen in das Zytosol, wo letztere bestimmte zelluläre Substratmoleküle ADP-ribosyliert. Die dadurch verursachte Zellschädigung führt zu den klinischen Symptomen wichtiger Infektionskrankheiten. Wie die Enzymuntereinheiten über Endosomenmembranen transportiert werden, ist aber für die meisten Toxine unbekannt und daher von wissenschaftlichem, aber auch von medizinischem Interesse. Wir untersuchen die Membrantranslokation der binären Aktin-ADP-ribosylierenden Toxine von Clostridium botulinum (C2-Toxin), C. perfringens (Iota-Toxin) und C. difficile (CDT). Hier bildet eine separate Transportkomponente Poren in den Membranen saurer Endosomen, durch welche die entfaltete Enzymkomponente in das Zytosol transloziert. Wir haben gefunden, dass der Membrantransport neben dem Hitzeschockprotein Hsp90 auch die Aktivität von Peptidyl-Prolyl cis/trans Isomerasen (PPIasen) erfordert. Wir konnten erstmals für die Enzymkomponente des C2-Toxins eine Interaktion mit Cyclophilinen (CyPA, CyP-40) und FK506-Bindproteinen (FKBP 51/52) in vitro und in lebenden Zellen nachweisen. Die pharmakologische Hemmung von CyPs durch Cyclosporin A oder FKBPs durch FK506, verhinderte die Translokation der Enzymkomponenten in das Zytosol und schützte Zellen vor Vergiftung durch diese Toxine, aber auch durch Diphtherietoxin. Auf dieser Grundlage soll geprüft werden, ob der PPIase/Hsp90-abhängige Membrantransport spezifisch für ADP-ribosylierende Toxine ist und es soll aufgeklärt werden, wie PPIasen und Hsp90 mit ADP-Ribosyltransferasen interagieren. Dafür werden in den Arbeiten mit den binären Aktin-ADP-ribosylierenden Toxinen zusätzlich zu ihren kompletten Enzymkomponenten auch die isolierten ADP-Ribosyltransferasedomänen eingesetzt und über einen neuartigen Ansatz durch die Transportkomponente der Anthrax-Toxine in Zellen eingebracht. Dadurch soll erstmals direkt nachgewiesen werden, dass PPIasen und Hsp90 in lebenden Zellen an ADP-Ribosyltransferasedomänen binden und durch spezifische Inhibitoren und Antikörper die Funktion dieser Faktoren bei deren Membrantranslokation und Rückfaltung aufgeklärt werden. Weiterhin soll die Rolle von CyPs und FKBPs bei der Aufnahme des medizinisch wichtigen Diphtherietoxins aufgeklärt werden. Die Untersuchungen werden grundlegende neue Kenntnisse zum Verständnis des intrazellulären Membrantransports bakterieller Toxine liefern. Da eine gezielte pharmakologische PPIase-Hemmung die Aufnahme ADP-ribosylierender Bakterientoxine in menschliche Zellen hemmt, sollen neuartige nicht-immunsuppressive PPIase-Inhibitoren entwickelt und pharmakologisch charakterisiert werden. Solche Substanzen könnten zur Entwicklung neuartiger Therapiestrategien gegen (antibiotikaresistente) Toxin-bildende Bakterien beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen