Die Rolle von HOCl-abgeleiteten N-Chloraminen in der bakteriellen Zellhülle während der Wirt-Pathogen Interaktion

• Antragstellerin: Dr. Lisa Roxanne Knoke
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 565924663

Im Menschen sind Neutrophile Zellen die erste Abwehrlinie gegen Pathogene. Hochspezialisiert auf Phagozytose töten sie aufgenommene Pathogene mit Hilfe eines Cocktails aus Toxinen und Oxidantien, einschließlich der toxischen hypochlorigen Säure (HOCl). Neben der Oxidation von Thiolen führt HOCl zur Bildung von N-Chloraminen aus freien Aminen. Treffen Bakterien auf HOCl, oder HOCl-assoziierte reaktive Spezies, wie Taurin-Chloramin, dann sind die Zielstrukturen dieser Oxidantien naturgemäß zunächst die Komponenten der bakteriellen Zellhülle. Trotzdem ist überraschend wenig über das Auftreten von HOCl-assoziierten N-Chloraminen in der Zellhülle während der Phagozytose und ihre Rolle in der Immunantwort bekannt. In in vitro und in vivo Studien haben wir gezeigt, dass, ähnlich wie in Proteinen, HOCl mit Aminogruppen in den Kopfgruppen von Membranlipiden zu Lipid-N-Chloraminen reagiert. Diese Lipid-N-Chloramine können Thiole in Proteinen oxidieren und werden durch das physiologische Antioxidans Glutathion zu freien Aminen dechloriert. Obwohl sie in vitro eine hohe Stabilität aufweisen, ist ihre Halbwertszeit in lebenden Zellen deutlich niedriger, was zum einen auf eine aktive Entgiftung und zum anderen auf eine hohe Reaktivität mit anderen zellulären Bestandteilen hindeutet. Neben Membranlipiden enthält die Zellhülle Gram-negativer Bakterien in der äußeren Schicht der äußeren Membran Lipopolysaccharide (LPS), welche die Oberfläche der bakteriellen Zelle bedecken. Diese LPS-Moleküle lösen eine proinflammatorische Immunantwort aus und ihr Lipid-A-Rest wirkt als Endotoxin. In E. coli ist LPS mit Ethanolamin und Aminozuckern modifiziert, welche potentiell mit HOCl zu N-Chloraminen reagieren können. In Vorarbeiten konnten wir zeigen, dass HOCl in lebenden E. coli Zellen tatsächlich N-Chloramine mit LPS bildet. In dem beantragten Projekt wollen wir die Bildung und die physiologische Rolle von N-Chloraminen in der bakteriellen Zellhülle erforschen und untersuchen, wie Bakterien sich vor dieser Modifikation schützen können und wie sie diese reparieren können. Deshalb haben wir vor, (A) die molekularen Zielstrukturen von HOCl in der Zellhülle von pathogenen und nicht-pathogenen E. coli Zellen sowie in der Wirtszellmembran zu identifizieren. Um (B) die physiologische Aktivität von N-Chloraminen in der Zellhülle zu verstehen, möchte ich ihre immunmodulatorische Wirkung sowie ihre Rolle beim Abtöten von Bakterien untersuchen. Durch (C) das Aufklären der Rolle zellulärer Antioxidationssysteme bei der Beseitigung von N-Chloraminen in vivo und in vitro wollen wir untersuchen, wie Bakterien sich vor N-Chlorierung schützen und wie sie diese Modifikation entgiften. Insgesamt wird die vorgeschlagene Arbeit dazu beitragen, die Rolle der HOCl assoziierten Modifikationen der bakteriellen Zellhülle bei der Modulation der Immunantwort zu entschlüsseln und ihre Rolle im bakteriellen Überleben des Immunangriffs zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen