Das Wechselspiel zwischen Autophagie und S. aureus in der Infektion

• Antragsteller: Professor Dr. Ingo Schmitz
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie ; Immunologie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 213312245

Autophagie ist ein kataboler Mechanismus, der z.B. die Homöostase von Zellen, die Ontogenese und das Immunsystem beeinflusst. Auf molekularer Ebene wird die Autophagie durch sogenannte AuTophaGy-related (ATG) Proteine reguliert. Im Zentrum des Autophagie-Signalweges stehen zwei Ubiquitin-ähnliche Konjugationssysteme, zu denen auch das ATG5-Konjugationssystem gehört. Die Signalwege, die die Aktivität der Autophagie modulieren, sind jedoch nur wenig charakterisiert. Während der ersten Förderphase haben wir einen Gadd45β-MEKK4-p38 Signalweg charakterisiert, der zu einer Inhibition der Autophagie führt, so dass Autophagosomen nicht mehr mit Lysosomen fusionieren. Wird die p38 MAPK über den Gadd45β-MEKK4-Komplex aktiviert, transloziert sie an das Autophagosom und zielt auf den ATG5-Komplex. Dabei scheint Threonin-75 von ATG5 eine wichtige Interaktionstelle für die p38 zu sein, die der Kinase ermöglicht ATG12 zu phosphorylieren. Weiterhin konnten wir zeigen, dass die Infektion mit Staphylococcus aureus Selektive Autophagie auslöst. Ubiquitin-assoziierter S. aureus wird über Autophagie-Rezeptoren in Autophagosomen rekrutiert, entgeht jedoch einer Degradation über die Autophagie, indem er die p38 aktiviert, die Autophagosomen aufbricht und ins Zytosol entkommt. Wir sind davon überzeugt, dass dies dazu beiträgt, dass S. aureus im Wirt persistieren kann. Deshalb wollen wir in der Fortsetzung dieses Projektes das Wechselspiel zwischen Autophagie und S. aureus genauer untersuchen. Zunächst wollen wir analysieren, wie die Autophagie nach Infektion mit S. aureus ausgelöst wird. Dazu werden wir sowohl pattern recognition receptors des angeborenen Immunsystems als auch den metabolischem Stress, der durch S. aureus in der Wirtszelle ausgelöst werden kann, untersuchen. Danach klären wir, wie genau die p38 durch S. aureus aktiviert wird. Neben direkten Kandidaten wie TLR2 und Nod2 sowie der bakteriellen Kinase PknB werden wir Proteomics und duale RNA-Sequenzierungen durchführen, um Faktoren zu identifizieren, die Autophagie-abhängig in S. aureus induziert werden. Schließlich wollen wir aufklären, wie S. aureus aus dem Autophagosom entkommen kann. Zunächst werden wir uns dabei auf Virulenz-Faktoren mit Poren-bildender bzw. Lipase-Aktivität konzentrieren und dabei Virulenz-defiziente Bakterienstämme einsetzen. Darüber hinaus werden wir aber auch die dualen RNA-Sequenzierungsanalysen heranziehen, die wir in Autophagie-defizienten sowie –suffizienten Zellen durchführen wollen, und die uns Gene, die bei diesem Prozess induziert werden, aufzeigen werden. Für alle Fragestellungen, die wir in diesem Projekt angehen wollen, werden wir eine Kombination von wildtypischen und Gen-defizienten Wirtszellen und Bakterienstämmen verwenden. D.h. über eine Kombination von Immunologie, zellulärer Mikrobiologie, genomischen und proteomischen Techniken werden wir die bakterielle Virulenz-Faktoren und die Zielstrukturen im Wirt identifizieren, die die Autophagie unterwandern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen