Funktion glykolytischer Enzyme von Mycoplasma pneumoniae in der Wirt-Erreger-Interaktion
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die hochadaptierte, zellwandlose Spezies Mycoplasma pneumoniae (M.p.) gehört zu den Erregern von ambulant erworbenen Pneumonien des Menschen. Die Epidemiologie der Infektionen durch das Bakterium und die Besonderheiten ihres Verlaufs begründen das Interesse an einem vertieften Verständnis der Wirt-Erreger-Interaktionen. Als Besonderheit kommt hinzu, dass die Erforschung der Organisation des parasitären Lebensstils von M.p. aufgrund des stark reduzierten Genoms für die Grundlagenforschung von besonderer Bedeutung ist. Neben wenigen Virulenzfaktoren, wie dem Adhäsionsapparat und der Expression zytotoxisch wirkender Substanzen, sind in M.p. einzelne Proteine mit primärer Rolle in zytosolisch lokalisierten Stoffwechselprozessen charakterisiert, die nach Transport an die Zelloberfläche Bindungen mit Wirts-spezifischen Komponenten eingehen. Diese Interaktionen sind aus vielen, phylogenetisch unterschiedlichen Prokaryonten bekannt und tragen offensichtlich zur erfolgreichen Kolonisation des Wirtes bei. Neben Proteinen mit anderen Funktionen werden in diesem Zusammenhang in zunehmendem Maße verschiedene glykolytische Enzyme, wie z.B. die Enolase, als sogenannte „moonlighting proteins“ beschrieben. In der vorliegenden Studie sollte erstmals versucht werden, das gesamte Spektrum glykolytischer Enzyme eines Mikroorganismus im Hinblick auf eine duale Funktion vergleichend zu untersuchen. Nach Austausch der TGA-Codons wurden 19 glykolytische Enzyme von M.p. erfolgreich in E. coli exprimiert und zur Produktion polyklonaler Seren eingesetzt. Unter Verwendung verschiedener Methoden (Fraktionierung des Gesamtantigens von M.p., Colony blot, Proteaseverdau und Immunfluoreszenz) konnte für acht Enzyme die Lokalisation auf der Oberflächen der Mykoplasmenzelle bestätigt werden: Glyzeraldehyd-3-Phosphatdehydrogenase (GapA), Laktatdehydrogenase (Ldh), Phosphoglyzeratmutase (Pgm), Pyruvatkinase (Pyk), Transketolase (Tkt) und die Pyruvatdehydrogenasen A-C. Alle Proteine waren in der Lage, an verschiedene humane Zellen (HeLa, MRC-5, A549) zu binden. Der Nachweis ausgewählter extrazellulärer Matrix (ECM)-Proteine auf der Oberfläche der humanen Zellen legte Interaktionen der glykolytischen Enzyme mit diesen Wirtskomponenten nahe. In ELISA-Experimenten wurde die Konzentrations-abhängige Bindung von humanem Plasminogen, Fibrinogen, Laminin und Vitronektin an alle Oberflächen-lokalisierten glykolytischen Enzyme von M.p. bestätigt, während die Interaktion mit Fibronektin und Laktoferrin auf einen Teil der Proteine beschränkt ist. Die Bindungen sind durch spezifische Antiseren signifikant zu hemmen und basieren maßgeblich auf ionischen Wechselwirkungen. In Abhängigkeit vom eingesetzten Aktivator ergab der Komplex aus Plasminogen und glykolytischem Enzym in fast allen Fällen (Ausnahme: PdhC) die Bildung von proteolytisch aktivem Plasmin. Der Komplex führte bei den genannten glykolytischen Enzymen zum Abbau von Vitronektin und in Gegenwart von PdhB und Pgm zur Proteolyse von Fibrinogen. Die Ergebnisse der Studie bestätigen die Oberflächen-Lokalisation von 8 der 19 glykolytischen Enzyme von M.p., die eine Vielzahl von Interaktionen zu humanen ECM- Komponenten eingehen können. Der Nachweis einer Aktivierung von Plasminogen in Gegenwart verschiedener glykolytischer Enzyme und des Abbaus von Wirtsproteinen zeigt, dass über die Bindung beider Partner hinaus physiologische Effekte angenommen werden können, die für den Verlauf der Infektion von Bedeutung sind.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 2015. Subunits of the pyruvate dehydrogenase cluster of Mycoplasma pneumoniae are surface-displayed proteins that bind and activate human plasminogen. PLoS One 10:e126600
Gründel A, Friedrich K, Pfeiffer M, Jacobs E, Dumke R
(Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.pone.0126600) - 2016. Network of surface-displayed glycolytic enzymes in Mycoplasma pneumoniae and their interactions with human plasminogen. Infect. Immun.
Gründel A, Pfeiffer M, Jacobs E, Dumke R
(Siehe online unter https://doi.org/10.1128/IAI.01071-15)
