Molekulare Mechanismen der Verbesserung der antibakteriellen Immunantwort durch LC3-assoziierte Phagocytose
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Angesichts der Zunahme der Resistenz pathogener Bakterien gegen Antibiotika werden neue therapeutische Ansätze zur Behandlung bakterieller Infektionen dringend benötigt. Ein wichtiger Ansatz, um neue Behandlungsmöglichkeiten zu identifizieren, charakterisieren, entwickeln und anzuwenden, besteht darin, die antibakteriellen Mechanismen des Immunsystem detailliert zu verstehen. Basierend auf einem tiefen Verständnis der molekularen und zellulären antibakteriellen Mechanismen ist es das Ziel, diese Mechanismen bei Patienten mit bakteriellen Infektionen therapeutisch zu aktivieren oder zu verstärken. In diesem Forschungsprojekt wurden zwei non-kanonische Pfade der Autophagie in bakteriell infizierten Makrophagen charakterisiert. Es ist seit langem bekannt, daß Makrophagenartige Zelllinien, aus Knochenmark generierte Makrophagen (BMDM) und primäre Gewebsmakrophagen von Mäusen sich deutlich in der Art und Effektivität ihrer antibakteriellen Antwort gegen das opportunistische Bakterium Listeria monocytogenes (L.m.) unterscheiden. Deshalb wurden die beiden non-kanonischen Autophagie Pfade LC3-assoziierte Phagozytose (LAP) und Poren-bildendes Toxin-induzierte non-kanonische Autophagy (PINCA) vergleichend in BMDM und primären Makrophagen charakterisiert. Bei der non-kanonischen Autophagie werden die Einfach-Membranen von Vesikeln mit Atg8-Familien-Proteinen, wie der microtubule-associated protein 1 light chain 3 (MAP1LC3 oder kurz LC3) besetzt. Phagosomen, die das pathogene Bakterium Listeria monocytogenes (L.m.) enthalten, können durch LAP angegriffen werden, was substanziell zur antibakteriellen Aktivität von Makrophagen beiträgt. Aufgrund der Publikation einer konkurrierenden Forschungsgruppe über molekulare Details der LAP im Verlauf der Infektion mit L.m., wurde in diesem Projekt schwerpunktmäßig der zweite non-kanonische Pfad der Autophagie, die PINCA, eingehend charakterisiert. Die PINCA wird induziert durch die Perforation der phagosomalen Membran durch das Porenbildende Toxin Listeriolysin O von L.m. BMDM greifen L.m.-beinhaltende Phagosomen ausschließlich durch PINCA an, da ihre Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) zu gering ist, um LAP zu induzieren. Ähnlich wie bei LAP fusionieren bei PINCA die L.m.-beinhaltenden Phagosomen mit Lysosomen. Überraschenderweise trägt dieser Pfad aber nicht nennenswert zur anti-Listerien- Aktivität von BMDM bei. Im Gegensatz zu LAP hat PINCA somit keine offensichtliche anti- Listerien-Funktion. Dieses weist darauf hin, daß die zwei non-kanonischen Autophagie-Pfade LAP und PINCA voneinander unterscheidbare Funktionen haben müssen. Die spezifischen Funktionen von PINCA bei der Listerien-Infektion müssen noch aufgeklärt werden. Die neuen Erkenntnisse dieses Projekts tragen dazu bei, das Verständnis von Immunantworten gegen pathogene Bakterien zu erweitern. Das grundlegende Verstehen solcher antibakteriellen Immunmechanismen kann zur Entwicklung neuer Ansätze der Therapie bakterieller Infektionen beitragen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Highly Efficient Transfection of Primary Macrophages with In Vitro Transcribed mRNA. Journal of Visualized Experiments(153).
Herb, Marc; Farid, Alina; Gluschko, Alexander; Krönke, Martin & Schramm, Michael
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LC3-associated phagocytosis - The highway to hell for phagocytosed microbes. Seminars in Cell & Developmental Biology, 101, 68-76.
Herb, Marc; Gluschko, Alexander & Schramm, Michael
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The TSPO-NOX1 axis controls phagocyte-triggered pathological angiogenesis in the eye. Nature Communications, 11(1).
Wolf, Anne; Herb, Marc; Schramm, Michael & Langmann, Thomas
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3D Printing of Antibacterial, Biocompatible, and Biomimetic Hybrid Aerogel-Based Scaffolds with Hierarchical Porosities via Integrating Antibacterial Peptide-Modified Silk Fibroin with Silica Nanostructure. ACS Biomaterials Science & Engineering, 7(9), 4545-4556.
Karamat-Ullah, Nighat; Demidov, Yan; Schramm, Michael; Grumme, Daniela; Auer, Jaqueline; Bohr, Christoph; Brachvogel, Bent & Maleki, Hajar
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Functions of ROS in Macrophages and Antimicrobial Immunity. Antioxidants, 10(2), 313.
Herb, Marc & Schramm, Michael
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Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy (4th edition)1. Autophagy, 17(1), 1-382.
Klionsky, Daniel J.; Abdel-Aziz, Amal Kamal; Abdelfatah, Sara; Abdellatif, Mahmoud; Abdoli, Asghar; Abel, Steffen; Abeliovich, Hagai; Abildgaard, Marie H.; Abudu, Yakubu Princely; Acevedo-Arozena, Abraham; Adamopoulos, Iannis E.; Adeli, Khosrow; Adolph, Timon E.; Adornetto, Annagrazia; Aflaki, Elma; Agam, Galila; Agarwal, Anupam; Aggarwal, Bharat B.; Agnello, Maria ... & Tong, Chun-Kit
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Macrophages target Listeria monocytogenes by two discrete non-canonical autophagy pathways. Autophagy, 18(5), 1090-1107.
Gluschko, Alexander; Farid, Alina; Herb, Marc; Grumme, Daniela; Krönke, Martin & Schramm, Michael
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NOX2 Deficiency Permits Sustained Survival of S. aureus in Macrophages and Contributes to Severity of Infection. Frontiers in Immunology, 12.
Tosetti, Bettina; Ward, Beate; Grumme, Daniela; Herb, Marc; Schramm, Michael; Utermöhlen, Olaf; Heukamp, Lukas C.; Krönke, Martin & Krut, Oleg
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Reactive Oxygen Species: Not Omnipresent but Important in Many Locations. Frontiers in Cell and Developmental Biology, 9.
Herb, Marc; Gluschko, Alexander & Schramm, Michael
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When the Phagosome Gets Leaky: Pore-Forming Toxin-Induced Non-Canonical Autophagy (PINCA). Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, 12.
Herb, Marc; Gluschko, Alexander; Farid, Alina & Krönke, Martin
