Charakterisierung Sialinsäure-spezifischer O-Acetyltransferasen: vom neuroinvasiven Bakterium zum menschlichen Wirt

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Privatdozentin Dr. Martina Mühlenhoff; Professor Dr. Ulrich Vogel
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 262794208

Bakterielle Sepsis- und Meningitiserreger haben besonders häufig die Fähigkeit, ihre Zelloberfläche mit Sialinsäure zu dekorieren, einem im Wirtsorganismus für zelluläre Erkennungsprozesse genutzten Zuckermolekül. So sind Escherichia coli K1 und Serogruppe B, C, W135 und Y Meningokokken vollständig von einem Sia-haltigen Kapselpolysaccharid (CPS) umhüllt, das einen entscheidenden Virulenzfaktor darstellt. Das CPS kann durch Sia-spezifische O-Acetyltransferasen (OATs) zusätzlich modifiziert und so die Eigenschaften des Kapselantigens moduliert werden. In der ersten Antragsperiode konnten wir zeigen, dass sich die Funktion der Sia-O-Acetylierung auf der Basis unterschiedlicher Proteinstrukturen ausgebildet hat, und es wurde erfolgreich die Struktur einer OAT mit links-gängiger beta-Faltblatt-Struktur gelöst. Im aktuellen Vorhaben sollen nun OATs mit putativem alpha/beta-Hydrolase Fold biochemisch und strukturell analysieren werden. Um Determinanten der Sia-Spezifität zu bestimmen, soll dies vergleichend für die Kapsel-modifizierenden OATs der Serogruppe C und A Meningokokken erfolgen, deren CPS aus einem Sia- bzw. einem Mannose-Phosphat-Polymer aufgebaut sind.Nicht publizierte Vorarbeiten an Escherichia coli K1 lieferten den überraschenden Befund, dass es in Stämmen mit Kapsel-O-Acetylierung zu einer dynamischen, Wachstumsphasen-abhängige Variation der Kapselexpression kommt. Zur Aufdeckung des zugrunde liegenden Mechanismus soll erstmalig die zelluläre Lokalisation der OATs und ihre mögliche Interaktion mit dem CPS-Biosynthese-/Exportkomplex untersucht werden. Die funktionelle Relevanz der variablen Kapselexpression für die Wirt-Pathogen-Interaktion werden wir am Beispiel der Serumresistenz untersuchen. Es wird geprüft (i) wie die O Acetylierung die Interaktion mit dem Sia-bindenden Komplementregulator Faktor H beeinflusst und (ii) ob die dynamische Kapselreduktion zur Demaskierung des bakteriellen Oberflächenproteins OmpA führt, welches dann durch effizientere Bindung des Regulators C4BP eine Komplement-Resistenz vermitteln kann.Für die Wirt-Pathogen-Interaktion von Keimen mit O-acetylierten Sia-Kapseln könnte es von besonderer Bedeutung sein, dass auch im menschlichen Wirt bestimmte Sialo-Glykane O-acetyliert werden und dies vor allem bei immunologischen Prozessen als molekularer Schalter Sia-vermittelter Erkennungsprozesse wirkt. Da die genetische Basis eukaryontischer Sia-modifizierender OATs bislang nicht bekannt ist, haben wir in Vorarbeiten unsere Befunde an bakteriellen OATs genutzt, um ein humanes Kandidaten-Enzym zu identifizieren. Für dieses konnten wir in zellulären Vorexperimenten eine Beteiligung an der Sia-O-Acetylierung nachweisen und basierend auf einem Strukturmodell genau wie für das Meningokokken Enzym OatC eine putative katalytische Triade identifizieren. Im Rahmen dieses Vorhabens soll eine erste biochemische Charakterisierung des humanen Enzyms und der Nachweis Sia-spezifischer OAT-Aktivität in vitro erreicht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen