Analysis of the impact of N. meningitidis on receptor tyrosine kinase activation in mammalian cells and on the cell cycle
Final Report Abstract
In den vergangenen Jahren konnte bei zahlreichen bakteriellen Krankheitserregern die Fähigkeit festgestellt werden, Toxine zu produzieren, welche den Zellzyklus der humanen Wirtszelle beeinflussen. Diese Toxine wurden als eine Gruppe neuer Virulenzfaktoren eingestuft und der Begriff ‚Zyklomoduline‘ für sie eingeführt. Einige Zyklomoduline treiben die Zellproliferation voran, während inhibitorische Vertreter den Zellzyklus blockieren und die Zellen in einer bestimmten Phase arretieren. Dennoch ist die Bedeutung der meisten Zyklomoduline für die Virulenz noch nicht vollständig aufgeklärt. Die Fähigkeit einiger Bakterien, lange und persistierende Infektionen hervorzurufen, wird auf die Produktion dieser Zyklomoduline zurückgeführt. Vor allem die Modulation der Immunantwort und die Inhibierung der Zellerneuerung (wie z.B. an der Epithelzellbarriere) scheinen hierbei eine Rolle zu spielen. Zielsetzung des Projektes war es, Effekte einer Meningokokkeninfektion auf den Zellzyklus von Endothel- und Epithelzellen zu untersuchen. Wir konnten zeigen, dass Meningokokken zu einer Arretierung von infizierten Gehirnendothelzellen in der S Phase führen, während infizierte Epithelzellen in der G0/G1 Phase arretiert werden. Eine zentrale Rolle spielt hierbei der Zellzyklusinhibitor p21WAF1/CIP1. Die gesteigerte Proteinmenge in Endothelzellen an p21WAF1/CIP1 korrelierte mit einer Änderung der sie kodierenden mRNAs, die letztlich auf durch Meningokokken induzierte DNA-Schädigungen zurückzuführen war. Darüber hinaus zeigte sich in Meningokokken infizierten Epithelzellen eine signifikante Reduktion der Proteinmenge von Cyclin D, welche als ursächlich für die verlangsamte Progression durch die G1-Phase angesehen werden könnte. Interessanterweise konnten wir zeigen, dass die Außenmembranproteine Opa sowie das Außenmembranprotein Opc von N. meningitidis effektiv eine Arretierung der Endothelzellen in der S-Phase bedingen und ihnen somit neben der Funktion als Adhäsions/bzw. Invasionsfaktoren auch eine Funktion als Zyklomoduline zugeschrieben werden kann. Um die Effekte der Meningokokkeninfektion auf den Zellzyklus von Epithelzellen zukünftig besser zu verstehen, wäre von Interesse, ob die Arretierung der Zellen in der G0/G1 Phase auch als Teil einer Reaktion auf DNA-Schädigungen wie für Endothelzellen gezeigt, zu verstehen ist. Zukünftige Experimente zur Detektion von DNA-Strangbrüchen in Epithelzellen als auch in Endothelzellen sowie zum Aktivierungsgrad der Regulatoren der DNA-Reparatur, wie beispielsweise der Sensorproteine ATM und ATR und ihrer nachgeschalteten Effektorkinasen CHK1 und CHK2, können weitere wertvolle Aufschlüsse über den genauen Mechanismus der Zellzyklusarretierung geben. Darüber hinaus verbleibt eine große Zahl an zellulären Regulatoren, für die sich bereits eine Rolle bei der Wirkung anderer Zyklomoduline als bedeutsam herausgestellt hat. Die Transkriptionsfaktoren und Regulatorproteine Rb, p130, p107 und E2F, die kleinen G-Proteine der Rho-GTPase-Familie, Cullin und E3- Ubiqitinligasen sind nur einige Beispiele, deren Untersuchung hinsichtlich Änderung des Proteingehaltes, Phosphorylierung bzw. Dephosphorylierung weitere wertvolle Einblicke liefern könnte.
Publications
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(2016). Neisseria meningitidis causes cell cycle arrest of human brain microvascular endothelial cells at S phase via p21 and cyclin G2. Cell Microbiol. 18:46-65
Oosthuysen WF, Mueller T, Dittrich MT, Schubert-Unkmeir A
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(2017) Molecular mechanisms involved in the interaction of Neisseria meningitidis with cells of the human blood-cerebrospinal fluid barrier. Pathog Dis. 75.ftx023
Schubert-Unkmeir A
