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Hamburg, Carl von Ossietzky

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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-79498
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2016/7949/


Untersuchungen der molekularen Mechanismen des Austritts von intrazellulären Bakterien am Beispiel des Mycobakterium marinum - Dictyostelium discoideum Modellsystems

Gerstenmaier, Lilli

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Basisklassifikation: 42.15
Institut: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Lohr, Christian (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 24.06.2016
Erstellungsjahr: 2016
Publikationsdatum: 21.07.2016
Kurzfassung auf Deutsch: Tuberkulose ist eine Infektionskrankheit, der jährlich etwa 1,5 Millionen Menschen zum Opfer fallen1. Ein Großteil der Weltbevölkerung ist mit dem krankheitsverursachenden Bakterium Mycobakterium tuberculosis infiziert. Trotz intensiver Bemühungen konnten in den letzten Jahrzehnten weder ein effizienter Impfstoff, noch neue Wirkstoffansätze für Medikamente entwickelt werden. Im Gegensatz zu der schwierigen und zeitaufwendigen Arbeit mit M. tuberculosis, konnte mit Hilfe des nahen Verwandten Mycobakterium marinum in Kombination mit der Amöbe Dictyostelium discoideum ein einfaches, genetisch manipulierbares und biochemisch lenkbares Modell etabliert werden. Grundlegende Mechanismen der Interaktion zwischen mykobakterieller Pathogenität und zellulären Abwehrmechanismen der Wirtszelle können damit untersucht werden.
Während die Aufnahme über Phagozytose und die Ausbildung der Replikationsnische von Mykobakterien recht gut verstandene Prozesse sind, ist über den Austritt und die Verbreitung der intrazellulären Bakterien aus den Wirtszellen wenig bekannt. In Dictyostelium konnte eine auf F-Aktin basierende Struktur, das Ejektosom, identifiziert werden, die eine nicht-lytische Verbreitung der Mykobakterien erlaubt2. Unklar ist allerdings der Mechanismus, wie die Wirtszelle beim Austritt der Bakterien durch das Ejektosom intakt bleibt, da die Plasmamembran bei diesem Prozess lokal beschädigt wird. Mit Hilfe unterschiedlicher Mikroskopiemethoden konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die wirtseigene Autophagie-Maschinerie spezifisch an den distalen Pol von aus dem Ejektosom austretenden Bakterien rekrutiert wird. Die Autophagie-Maschinerie ist essentiell für eine effiziente Übertragung der Mykobakterien von Zelle zu Zelle, aber auch für die Erhaltung der Plasmamembranintegrität der Wirtszelle nach Austreten des Bakteriums, was den Zelltod der Wirtszelle verhindert. Des Weiteren akkumulieren Proteine der ESCRT-Maschinerie in sehr ähnlicher Weise wie die autophagosomalen Faktoren an der vakuolären Membranstruktur am Pol austretender Bakterien. Eine Interaktion von Autophagie- und ESCRT-Maschinerie könnte als Reparaturmechanismus von Wunden in der Plasmamembran fungieren, die durch den nicht-lytischen Austritt von M. marinum aus D. discoideum entstanden sind. Im Zusammenspiel mit der ESCRT-Maschinerie konnte der Autophagie eine neue und unerwartete Rolle bei der Erhaltung der Plasmamembranintegrität im Verlauf der mykobakteriellen Infektion nachgewiesen werden.
Kurzfassung auf Englisch: Nearly 1.5 million people are dying from tuberculosis every year1 and the global burden of the infection with Mycobacterium tuberculosis remains enormous. Despite intense research no effective vaccines or treatment targets have been developed in the last decades. In contrast to the difficult and time-consuming work with M. tuberculosis, its close relative M. marinum was in combination with the amoeba Dictyostelium discoideum established as a tractable model system to study the mechanisms of mycobacterial pathogenicity and cellular host defense.
While host cell entry and the establishment of a replication compartment are well understood, little is known about the egress of mycobacteria from their host cells and how the infection spreads between cells. In Dictyostelium a F-actin based structure, the ejectosome, has been shown to allow non-lytic egress of cytosolic mycobacteria2. It remains unclear how the host cell maintains intact during the ejection process in which its plasma membrane ruptures locally. Applying different microscopy techniques we were able to show that the autophagic machinery is specifically recruited to the distal pole of ejecting bacteria. If autophagy is impaired, cell-to-cell transmission is reduced, the plasma membrane becomes compromised and the host cells eventually die. Furthermore, we could show that factors of the ESCRT machinery localize to ejecting bacteria in a similar pattern as the autophagy machinery does. We propose that an interplay of the autophagic and ESCRT machinery seals the wound that is generated by egressing bacteria, suggesting an important and unexpected role for autophagy in collaboration with the ESCRT pathway in maintaining plasma membrane integrity during mycobacterial infection.

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