Molekulare, biochemische und funktionelle Analyse von Shiga Toxin und Subtilase Untereinheiten enterohämorrhagischer Escherichia coli

• Antragsteller: Professor Dr. Holger Barth; Professor Dr. Herbert Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Toxikologie, Laboratoriumsmedizin
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 370365690

Unsere Beobachtungen, dass die enzymatisch aktiven A-Untereinheiten der bakteriellen Proteintoxine E. coli Subtilase (SubAB) und Shiga Toxin (Stx2) in Zell- und Organoidmodellen ohne ihre jeweiligen Bindungs-/Transport (B)-Untereinheiten zytotoxisch wirken, stellt einen Wechsel des grundlegenden toxikologischen Paradigmas dar, dass beide Untereinheiten bakterieller AB-Toxine nur gemeinsam als funktionelle Toxinkomplexe wirken können. Auf der Grundlage dieser unerwarteten Befunde wurde in der ersten Antragsperiode die Wirkung der A-Untereinheit (SubA) des Subtilase-Toxins bereits eingehend charakterisiert. Das Ziel des vorliegenden Antrags ist die detaillierte Charakterisierung der Wirkungsweise der A-Untereinheit des Shiga-Toxins (Stx2A) in Abwesenheit seiner B-Untereinheit.Dabei wird die Bindung von rekombinantem Stx2A an Säugetierzellen, sein anschließender intrazellulärer Transport sowie die molekularen Mechanismen seiner zytotoxischen Effekte mit biochemischen und fluoreszenzmikroskopischen Methoden eingehend charakterisiert. Hierzu werden Bindung, Aufnahme und intrazellulärer Transport von Stx2A direkt mit den entsprechenden Prozessen des Holotoxins Stx2 und Stx1, die jeweils aus einer A- und einer pentameren B-Untereinheit bestehen, verglichen. Weiterhin wird nach pharmakologischen Inhibitoren gegen Stx2A und die Holotoxine Stx2 und Stx1, einschließlich humaner Peptide, gesucht. Diese werden analog der Vorgehensweise für SubAB bezüglich ihrer Hemmwirkung in vitro sowie in humanen Zell- intestinalen Organoidmodellen charakterisiert. Weiterhin gibt es bezüglich der Mechanismen der Expression, der Komplexbildung aus A- und B-Untereinheiten sowie der Sekretion des reifen Stx2-Toxinkomplexes aus den Bakterien noch ungelöste Fragen. Daher soll die Transkriptionskontrolle des stx2 Gens und der Zusammenbau der Untereinheiten untersucht werden, um zu verstehen, ob im Kulturüberstand der Bakterien freies Stx2A vorkommt, oder nur komplettes Stx.Die beantragten Arbeiten tragen zu einem tieferen Verständnis der molekularen und zellulären Mechanismen bei, die der Pathogenese EHEC-vermittelter Erkrankungen zugrunde liegen und können zu Ansätzen für neuartige therapeutische Optionen führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen