Binding specificity of mouse ficolin to different bacterial strains

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Muraveika, Liudmila

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Date of publication of this fulltext: 27 Nov 2012 10:15

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Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Date:	27 November 2012
Referee:	Prof. Dr. Daniela N. Männel
Date of exam:	15 November 2012
Institutions:	Medicine > Lehrstuhl für Immunologie Medicine > Lehrstuhl für Innere Medizin I
Interdisciplinary Subject Network:	Not selected
Keywords:	Mouse, ficolin, bacterial binding, Maus, Fikolin, bekterielle Bindung
Dewey Decimal Classification:	600 Technology > 610 Medical sciences Medicine
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	26596

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Abstract (English)

Abstract (English)

Ficolins belong to one of the trigger-proteins, which activate the lectin pathway of the complement cascade and form a class of pattern recognition receptors that bind specifically to carbohydrate moieties on microbial surfaces and provide the front line defense against infection.
The goal of this work was to examine the potential of mouse ficolins A and B to adhere to various strains of capsulated and non-capsulated bacteria in screening assays. The recognition molecules of the mouse ficolin A- and B- bind to staphylococcus and streptococcus with a different affinity. They recognize defined carbohydrate structures as capsulated also non-capsulated bacteria. Seventeen of the most common serotypes of Str. pneumonia, twelve known capsulated serotypes of S. aureus (T1 – T12) and relevant non-capsulated strains of S. aureus (Wood) and Str. pneumonia (SCR2 and TIGR4) were used to examine the influence of capsulation on the binding recognition by mouse ficolins. The screening revealed that ficolin A and B bind to different strains with variable affinity. Ficolin A binds with a high affinity to the strains 7A and 32F, while ficolin B displays similar results with strains 6A and 11F. In addition, no significant binding of ficolin A or B was observed to the pneumococcal serotypes 19C, 9L and 9V.
The results obtained in this doctoral thesis indicate that mouse ficolins have complex binding requirements to particular bacterial strains which are not necessarily the same for human ficolins to particular bacterial strains. Both human and mouse ficolins recognize N-acetylated sugar patterns. At present it was not possible to determine which residues are essential for binding to bacterial cells by mouse ficolins. The screening indicates that mouse ficolins recognize binding motifs by multiple interaction sites per oligosaccharide.
In this thesis ficolin B binding to the bacterial strains in presence and absence of calcium ions was also tested. The results demonstrate that ficolin B requires calcium molecules to bind to bacterial surface molecules and that ficolin B does not bind to pathogens in the absence of calcium ions. In order to confirm that the screening procedure shows specific ficolin binding, competitive assays were performed. The results indicate that competition between mouse ficolins for the binding to the same ligand does occur only with certain bacterial strains. Mouse ficolins A and B might recognize different ligands on the bacterial surfaces extending and overlapping each other in their range of recognition.

Translation of the abstract (German)

Fikoline gehören zur Gruppe der Triggerproteine, die den Lektinweg des Komplementensystems aktivieren und eine Klasse der Rezeptoren darstellen, die spezifisch an Zuckermoleküle der mikrobiellen Oberflächen binden und dadurch zur Aktivierung des Immunsystems führen.
Das Ziel dieser Arbeit ist das Bindungpotenzial der Mausfikoline A und B an unterschiedlichen Bakterien in Screeningsassays zu erforschen. Die Erkennungsmoleküle Ficolin-A und -B der Maus binden an Staphylokokken und Streptokokken mit unterschiedlicher Affinität. Sie erkennen dabei definierte Zuckerstrukturen auf bakteriellen Oberflächen sowohl bekapselter als auch unbekapselter Stämme. Um den Einfluss der Bakterienkapsel auf die Fikolin-bakterielle Bindung zu zeigen, wurden Screeningsassays an den siebzehn verbreitetsten bekapselten Stämmen des Str. pneumonia, zwölf bekapselten Stämmen von S. aureus und an relevanten unbekapselten Stämmen von S. aureus (Wood) and Str. pneumonia (SCR2 and TIGR4) durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass unterschiedliche Bakterienstämme mit einer unterschiedlichen Affinität an die Mausfikoline binden. Fikolin-A bindet mit einer hohen Affinität an Str. pneumonia 7A und 32F, wogleich Fikolin-B mit den ähnlichen Ergebnissen an Str. pneumonia 6A and 11F bindet, wobei keins der Mausfikoline an Pneumokokkenstämme 19C, 9L und 9V eine Bindung gezeigt hat.
Somit wurde in dieser Doktorarbeit nachgewiesen, dass die Fikoline an bekapselte Bakterienstämme als auch an unbekapselte binden können und komplexes Bindungsmuster erkennen können, dass sich auch von Humanfikolinen unterscheiden könnte. Beide Maus- und Humanfikoline können N-acetylierte Zuckerreste erkennen. Allerdings war es nicht möglich, bindungsessenzielle Kohlenhydrate zu bestimmen. Es scheint aber möglich zu sein, dass Mausfikoline ein komplexes Bindungmuster erkennen und viele Oligosaccharide mit unterschiedlichen Interaktionsseiten nachweisen können.
Diese Arbeit untersuchte auch Fikolin-B und sein Bindungpotenzial in Anwesenheit der Calciumionen. Die Bindung war nicht möglich, wenn Calzium der Lösung entzogen war.
Um die Tatsache zu beweisen, dass Mausfikoline an unterschiedliche Liganden binden können, haben wir Kompetitivassays durchgeführt. Sie ergaben, dass Fikolin-A und -B unterschiedlich überlappende Bindungsstellen haben.

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