Charakterisierung der Bedeutung post-translationeller Proteinglykosylierungen für die Pathogenese von Staphylococcus aureus Infektionen

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Christine Heilmann
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 377557971

Die meisten bisher identifizierten bakteriellen Glykoproteine sind Virulenzfaktoren von pathogenen Bakterien, wie Adhäsine und Invasine. Die Bedeutung von Proteinglykosylierungen bei Staphylococcus aureus ist noch weitgehend unbekannt. Wir haben gefunden, dass das Plasmin-sensitive Oberflächenprotein Pls ein post-translational modifiziertes Glykoprotein ist und haben die am Zuckertransfer beteiligten Glykosyltransferasen (Gtfs) identifiziert. Bereits früher wurde gezeigt, dass Pls ein Virulenzfaktor für die septische Arthritis ist. Die Glykosylierung erfolgt an den Serinresten in der Pls Serin-Aspartat (SD)-Repeat Region. Die funktionelle Charakterisierung zeigte, dass die Pls Glykosylreste direkt an der Biofilmbildung beteiligt sind, in dem sie die interzelluläre Adhäsion stimulieren. Außerdem haben wir gefunden, dass ein weiteres SD-Repeat Oberflächenglykoprotein, SdrE, ebenfalls die Biofilmbildung stimuliert, wenn es glykosyliert ist. In diesem Projekt wollen wir die molekularen Mechanismen, die der Zuckermodifikation-vermittelten Biofilmbildung zugrundeliegen, aufklären. Dazu sollen S. aureus Stämme, die glykosylierte bzw. nicht-glykosylierte Versionen der Oberflächenglykoproteine Pls, SdrE, SdrC und SdrD produzieren, hergestellt und durch konfokale Laserscanning-Mikroskopie charakterisiert werden. Zur Identifizierung der entsprechenden Zuckermodifikation-spezifischen Interaktionspartner auf der benachbarten Staphylokokkenzelle werden Pull-down Assays und ELISAs durchgeführt. Um die Köder für die Pull-down Assays herzustellen, werden pls, sdrE, sdrC, and sdrD in Escherichia coli kloniert, die entsprechenden Proteine gereinigt und in-vitro glykosyliert. Wir wollen außerdem die Glykosylierungsmaschinerie aufklären. Dazu werden verschiedene Kombinationen aus den Gtfs und aktivierten Zuckermolekülen in den in-vitro Glykosylierungsassays eingesetzt und die Glykoproteine anschließend massenspektrometrisch analysiert. Dies wird die Positionen und die Zusammensetzung der Zuckerreste aufklären, was einen wichtigen Einfluss auf die Funktion und die Immunogenität haben könnte. Daher sind auch verschiedene Untersuchungen geplant, um den Einfluss der Zuckerreste von Pls, SdrE, SdrC und SdrD auf die adaptiven und innaten Immunfunktionen zu definieren. Die geplante Röntgenstrukturanalyse des glykosylierten Pls bzw. SdrE soll Aufschluss über die Mechanismen, die an der Kohlenhydrat-vermittelten interzellulären Adhäsion beteiligt sind, zu geben. Außerdem soll die Rolle der Glykosylreste auf die Wirtsgewebe-spezifische Kolonisierung und Internalisierung durch humane Wirtszellen untersucht werden. Falls die Zuckerreste an der Adhäsion an Wirtszellen und/oder Internalisierung beteiligt sind, wollen wir den/die jeweiligen Wirtszell-Rezeptor(en) identifizieren. Schließlich soll die in vivo Bedeutung der Proteinglykosylierungen in einem kürzlich in unserem Institut entwickelten Biofilmmodell in der Maus charakterisiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen