Zusammenfassung (Deutsch)
In der vorliegenden Dissertation konnte der immunsuppressive Effekt von LcrV, über IL-10- Induktion eine TNF-alpha- Suppression auszulösen, auf TLR2 und Nod1/2 zurückgeführt werden. Damit konnte gezeigt werden, dass ein bakterieller Virulenzfaktor den für die Vermeidung einer überschiessenden Immunreaktion wichtigen Mechanismus einer TLR- Toleranz im Rahmen einer TLR- Homo- bzw. ...
Zusammenfassung (Deutsch)
In der vorliegenden Dissertation konnte der immunsuppressive Effekt von LcrV, über IL-10- Induktion eine TNF-alpha- Suppression auszulösen, auf TLR2 und Nod1/2 zurückgeführt werden. Damit konnte gezeigt werden, dass ein bakterieller Virulenzfaktor den für die Vermeidung einer überschiessenden Immunreaktion wichtigen Mechanismus einer TLR- Toleranz im Rahmen einer TLR- Homo- bzw. Heterotoleranzinduktion für seine Zwecke ausnutzt. Weiter konnte die LcrV- induzierte Signaltransduktion analysiert werden. Hierbei wurde herausgefunden, dass das LcrV- Signaling CD14- und TLR2- abhängig ist. Die in der Arbeit dargestellten in vitro und in vivo- Ergebnisse zeigen, dass Yersinien TLR2 ausnutzen, um über diesen Rezeptor der angeborenen Immunität die erste Immunantwort des Wirtes zu unterwandern. Als nicht- lipidiertes Protein eines Gram- negativen Bakteriums begründet LcrV nicht nur eine neue Klasse von bakteriellen TLR2- Agonisten, sondern als virulenz- assoziiertes Protein auch eine neue bakterielle Strategie, Rezeptoren (TLR2) und auch Effektoren (IL-10, TNFalpha) des angeborenen Immunsystems zur Umgehung der Wirtsimmunantwort zu nutzen. Für das LcrV-homologe Protein PcrV des opportunistischen Erregers P. aeruginosa, das weder eine IL-10- Induktion noch eine TNF-alpha- Suppression zeigte, konnte eine CD14/TLR2- Aktivität ausgeschlossen werden. Der Vergleich dieser Proteine zeigt auf, dass die Ausnutzung wirtseigener Effektoren eine pathogenetische Strategie ist, die obligat pathogene Bakterien von opportunistischen Erregern unterscheidet.
Aufgrund der Diskrepanz in der immunmodulatorischen Wirkung von LcrV und PcrV wurde eine N-terminal lokalisierte LcrV- Domäne, die bei PcrV fehlt, als mögliche CD14/TLR2- aktive Domäne gefunden und näher untersucht. Unter Verwendung synthetischer Oligopeptide gelang es, die aktive Region von LcrV für das immunmodulierende CD14/TLR2- Signalling auf die Aminosäureregion aa31-aa57 einzugrenzen und durch punktmutierte Peptide und die zugehörigen Proteine mit voller LcrV- Länge schliesslich an der Existenz bestimmter Aminosäuren festzumachen. Ausserdem wurde hiermit der erste Nachweis einer TLR- Stimulierbarkeit durch nicht- lipidierte Peptide erbracht. Der endgültige Beweis für eine immunsupprimierende Wirkung der aktiven Region von LcrV über TLR2 wurde durch Konstruktion einer Yersinien- Mutante mit einem Aminosäureaustausch an Position 42 von LcrV erbracht, die keine LcrV- abhängige Immunmodulation über CD14/TLR2 mehr zeigte. Diese konnte in Mausinfektionsversuchen auch die Relevanz der LcrV- Wirkung für den Ausgang einer Y. enterocolitica Infektion beweisen. So konnte mit einer Yersinie mit TLR2- inaktivem LcrV, das alle übrigen Funktionen jedoch noch erfüllte, der nicht unbeträchtliche Beitrag von LcrV zur Gesamtpathogenität einer Yersinie verdeutlicht werden. Durch Verwendung von TLR2-/- und IL-10-/- Mäusen konnte auch die entscheidende Rolle von TLR2 und des endogenen Effektors IL-10 für die LcrV- induzierte Immunsuppression im Wirtsorganismus bewiesen werden.
Auf der Suche nach möglichen intrazellulären Rezeptoren für LcrV wurden Nod1 und Nod2 identifiziert. Die Nod- aktive Region konnte auf die N- terminalen 130 Aminosäuren von LcrV eingegrenzt werden. Y. enterocolitica scheint die angeborene Immunantwort mit Hilfe des N- Terminus von LcrV doppelt- über den Transmembranrezeptor TLR2 und über die intrazellulären, löslichen Rezeptoren Nod1 und Nod2 zur Induktion einer Immunmodulation über IL-10 zu nutzen. Bei der Untersuchung der Frage, wie LcrV in die Zelle gelangt, wurde eine neuartige Shuttle- Funktion von TLR2 entdeckt, welches LcrV der Nod- Signalkaskade zuführt. Damit wurde erstmals gezeigt, dass ein TLR für die intrazelluläre Aufnahme eines bakteriellen Liganden benötigt wird. Darüber hinaus stellt LcrV das erste bekannte Protein und den dritten mikrobiellen Faktor dar, der von Nod1/2 erkannt wird.
Insgesamt gesehen wurde in dieser Arbeit die elaborierte Strategie eines pathogenen Erregers genauer beleuchtet, der Effektoren (IL-10 im Rahmen einer TLR-Toleranz- Induktion) und extra- sowie intrazelluläre Rezeptoren des angeborenen Immunsystems ausnutzt, um so durch Vortäuschung des Endes einer Bedrohung durch ein Pathogen das Immunsystem zu überlisten und sich im Wirt auszubreiten. Aus der Arbeit können neue Einsichten in die Pathogen- Wirts- Interaktionen und in Struktur- Wirkungsbeziehungen von bakteriellen Proteinen in ihren Rezeptorinteraktionen mit LRR- haltigen Rezeptoren gewonnen werden. Es werden Ansatzpunkte geliefert, um durch Manipulation des TLR- bzw. Nod- Systems neue therapeutische Strategien zu entwickeln. Im Hinblick auf die Mutation im NOD2- Gen, die mit Morbus Crohn in Verbindung gebracht wird, kann die vorliegende Arbeit neue Ideen für die Ursachenforschung entzündlicher Erkrankungen liefern.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
A characteristic of the three human-pathogenic Yersinia spp. (the plague agent Yersinia pestis and the enteropathogenic Yersinia pseudotuberculosis and Yersinia enterocolitica) is the expression of the virulence (V)-antigen (LcrV). LcrV is a released protein which is involved in contact-induced secretion of yersinia antihost proteins and in evasion of the host's innate immune response. Here we ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
A characteristic of the three human-pathogenic Yersinia spp. (the plague agent Yersinia pestis and the enteropathogenic Yersinia pseudotuberculosis and Yersinia enterocolitica) is the expression of the virulence (V)-antigen (LcrV). LcrV is a released protein which is involved in contact-induced secretion of yersinia antihost proteins and in evasion of the host's innate immune response. Here we report that LcrV signals in a CD14- and toll-like receptor 2 (TLR2)-dependent fashion leading to immunosuppression by interleukin 10 induction. These data demonstrate a new ligand specificity of TLR2, as LcrV is the first known secreted and nonlipidated virulence-associated protein of a Gram-negative bacterium using TLR2 for cell activation. The TLR2-active region was found to be localized within the 130 N-terminal amino acids (exactly aa31-aa57). A Yersinia strain with a point mutation in amino acid position 42 was less virulent in wt but not in TLR2-/- mice in oral or intraperitoneal infection experiments. Furthermore we found that Yersinia LcrV might be internalized into host cells and activate Nod1 and Nod2. In summary, Yersinia exploits host innate pattern recognition molecules and defense mechanisms through its V-antigen in order to evade the host immune response.
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