EHEC-Hämolysin: Molekulare und zelluläre Mechanismen der Wirtsschädigung

• Antragsteller: Professor Dr. Helge Karch
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 157186677

Das Hämolysin aus enterohämorrhagischen Escherichia coli (EHEC-Hly), ein poren-bildendes RTX-Toxin, stellt einen EHEC-Virulenzfaktor mit zunehmender Bedeutung dar. Das EHEC-Hly existiert zum einen in freier Form, in der es als Zytolysin wirkt, ist aber zum anderen auch mit Vesikeln der äußeren Membran (outer membrane vesicles, OMV) assoziiert, die während des Wachstums von EHEC freigesetzt werden. Unsere Untersuchungen in der ersten Förderungsphase des Projektes zur biologischen Wirkung von OMV-assoziiertem EHEC-Hly auf humane mikrovaskuläre Endothelzellen und intestinale Epithelzellen, den wichtigsten Zielzellen im Verlauf einer EHEC-Infektion, haben gezeigt, dass OMV-assoziiertes EHEC-Hly Zellen nicht lysiert, sondern stattdessen Apoptose auslöst. Das Toxin wird von den Zielzellen als OMV-Toxin-Komplex internalisiert und in dieser Form zu den Lysosomen geleitet. Auf dieser Stufe des Transports löst sich das EHEC-Hly aus den OMV, entkommt den Lysosomen und gelangt in die Mitochondrien, was letztendlich über den intrinsischen Caspase-9-Signalweg zur Apoptose und damit zum Zelltod führt. Das apoptotische Potential von OMV-assoziiertem EHEC-Hly zeigt einen neuen Mechanismus hinsichtlich der Toxinbeteiligung an der Pathogenese von EHEC-vermittelten Erkrankungen auf und weist das OMV-assoziierte EHEC-Hly als eine pathophysiologisch hoch effiziente Form des Toxins aus. Das Ziel der zweiten Förderungsphase des Projektes besteht darin, ein tieferes Verständnis für die Interaktionen von EHEC-Hly-enthaltenden OMV mit seinen Targetzellen zu erlangen und die Interaktionen von EHEC-Hly mit Mitochondrien im Detail zu charakterisieren. Wir werden daher die OMV- und Zellstrukturen identifizieren, die an der zellulären Bindung und Internalisierung von EHEC-Hly-enthaltenden OMV beteiligt sind. Weiterhin ist geplant, den Mechanismus, der dem Transport des EHEC-Hly zu den Mitochondrien zugrunde liegt, aufzuklären und die mitochondrialen Proteine, die an der Aufnahme von EHEC-Hly beteiligt sind, zu identifizieren. Außerdem werden wir die morphologischen Veränderungen der Mitochondrien und die Änderungen der Barrierefunktion von intestinalen Epithelzellen und mikrovaskulären Endothelzellen, die durch EHEC-Hly-enthaltende OMVs verursacht werden, analysieren. Schließlich werden wir die Beteiligung von EHEC-Hly und anderer biologisch aktiver OMV-Komponenten einschließlich OmpA und LPS hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die intestinale Barrierfunktion aufklären. Das Verständnis der komplexen Vorgänge, die durch EHEC-Hly-enthaltende OMVs in pathogenetisch relevanten Wirtszellen ausgelöst werden, und der ihnen zugrunde liegenden Mechanismen wird dazu beitragen, die Pathogenese der durch EHEC verursachten Krankheitsbilder besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Kooperationspartner: Professor Dr. Thomas Rudel