Bakterielle TIR-Proteine inhibieren TLR-Signalwege aktivieren jedoch die Caspase 1
Final Report Abstract
Das Projekt untersuchte die Wirkung einer neuen Familie von bakteriellen Virulenzfaktoren, die von uns bereits vor Beginn der Förderperiode entdeckt und beschrieben wurden, auf die Interaktion mit den Toll-like Rezeptoren (TLR) und dem Inflammasom. TLRs haben große Bedeutung bei der Erregerabwehr. Die Virulenzfaktoren des uropathogenen E. coli Stammes CFT073 und Brucella melitensis binden an Myeloid differentiation primary response gene 88 (MyD88), einem zentralen Adaptermolekül der Toll-like Rezeptor Signalkaskade. Dies führt zur Hemmung der TLR Signalkaskade und zur reduzierten Freisetzung von proinflammatorischen Zytokinen. Über diese Mechanismen steigert dieser Virulenzfaktor die Pathogenität von CFT073. Unsere Ergebnisse in diesem Projekt zeigen, dass der Virulenzfaktor von CFT073, der von uns als TIR-Domain containing protein C (TcpC) benannt wurde, auch das Inflammasom moduliert. Inflammasome bestehen aus verschiedenen Komponenten, darunter befinden sich Proteine, die bei der Erkennung intrazelluläre Mikroorganismen, aber auch wirtseigener Strukturen beteiligt sind. Das NACHT leucin-rich repeat PYD protein 3 (NLRP3) spielt hier eine sehr wichtige Rolle. Die Interaktion des Inflammasoms mit Mikroorganismen führt über nur unzulänglich verstandene Mechanismen zur Aktivierung der Caspase-1, die inaktives pro-IL-1β zum aktiven IL-1β prozessiert. Wir fanden, dass TcpC unter geeigneten Kulturbedingungen zu einer verstärkten Freisetzung von IL-1β führt. TcpC bindet dabei an die Inflammasomkomponenten NLRP3 und Caspase-1. Die artifizielle Expression von TcpC scheint zu genügen, um die Caspase-1 zu aktivieren. Aber auch die Infektion von Makrophagen mit CFT073 aktiviert das Enzym in TcpC-abhängiger Weise. Obwohl IL-1β das Immunsystem über vielfältige Mechanismen aktiviert, scheint es dennoch CFT073 während einer Harnwegsinfektion zu fördern, da die Erregerlast in IL-1β-defizienten Mäusen nicht wie in Wildtyptieren größer sondern deutlich geringer wird. Deshalb ist CFT073 in IL-1β-defizienten Mäusen nicht in der Lage, Nierenabszesse hervorzurufen, welche in Wildtyptieren regelmäßig beobachtet werden. Therapeutisch könnte daher die Neutralisierung von IL-1β eine neue Alternative in der Behandlung von Harnwegsinfektionen sein. In Zusammenarbeit mit Dr. Snyder und Dr. Xiao wurde die Bindungsstelle von TcpC an MyD88 genau definiert. Dies war zugleich Voraussetzung, um die Struktur der Toll- Interleukin-1 Rezeptor (TIR) Domäne von MyD88 zu ermitteln. Diese Domäne ist entscheidend bei der Signaltransduktion der TLRs. Es gelang außerdem Peptide von TcpC abzuleiten, die ebenfalls die TLR-Signaltransduktion hemmen und als Basis für Therapeutika dienen könnten, um pathologische Entzündungsreaktionen, z.B. bei Autoimmunerkrankungen, zu therapieren. Die jüngsten Arbeiten dieser Kooperation zeigen, dass die Struktur des Virulenzfaktors von B. melitensis, von uns TcpB benannt, aufgeklärt werden konnte. Die Arbeiten zeigen auch wie TcpB mit einem weiteren Adapter der TLRs, dem TIR-associated protein (TIRAP), interagiert.
Publications
- Inhibition of TIR domain signaling by TcpC: MyD88-dependent and independent effects on Escherichia coli virulence. PLoS Pathog. 6:e1001120, 2010
Yadav, M., J. Zhang, H. Fischer, W. Huang, N. Lutay, C. Cirl, J. Lum, T. Miethke and Svanborg C.
- Microbial Toll/interleukin 1 receptor proteins: a new class of virulence factors. Int . J. Med. Microbiol. 300:396-401. 2010
Cirl, C. and T. Miethke
- Molecular mechanisms for the subversion of MyD88 signaling by TcpC from virulent uropathogenic Escherichia coli. Proc Natl Acad Sci USA. 110:6985-90. 2013
Snyder G.A., C. Cirl, J. Jiang, K. Chen, A. Waldhuber, P. Smith, F. Römmler, N. Snyder, T. Fresquez, S. Dürr, N. Tjandra, T. Miethke, T.S. Xiao
(See online at https://doi.org/10.1073/pnas.1215770110)
