English version
Sitemap | LMU | LMU-Portal


Forschung > Medizinische Mikrobiologie und Krankenhaushygiene > AG PD Dr. W. Fischer > Forschung > 

Funktionelle Analyse des Cag-Typ IV-Sekretionsapparats in H. pylori

Die cag-Pathogenitätsinsel und das darauf kodierte Typ IV-Proteinsekretionssystem gelten als hauptsächliche Virulenzfaktoren von H. pylori. Wichtige Funktionen dieses Sekretionssystems sind die Induktion einer proinflammatorischen Antwort im Magengewebe sowie die direkte Translokation des bakteriellen CagA-Proteins ins Zytosol verschiedener Wirtszellen. In der Zielzelle wird CagA an mehreren Tyrosinresten phosphoryliert und bewirkt in der Folge Veränderungen in der Zellmorphologie sowie der Genexpression.
Das Cag-Typ IV-Sekretionssystem verwendet mindestens 15 Proteine zum Aufbau eines Sekretionsapparates, der sich über die innere und die äußere Bakterienmembran erstreckt und charakteristische pilusartige Fortsätze auf der Bakterienoberfläche ausbildet. Wir haben kürzlich ein umfassendes Interaktions-Netzwerk aller Komponenten dieses Systems aufgestellt und dabei Unterkomplexe des Sekretionsapparats identifiziert. Die Struktur und Funktion dieser Komponenten und Subkomplexe analysieren wir mittels genetischer, zellbiologischer und biochemischer Verfahren.
So konnten wir beispielsweise mittels Lokalisierungs- und Interaktionsstudien belegen, dass die Proteine CagI und CagL einen funktionellen Komplex im bakteriellen Periplasma sowie auf der Bakterienoberfläche ausbilden. Da diese beiden Cag-spezifischen Proteine die Bindung des Sekretionsapparats an Integrin-Rezeptoren auf den Zielzellen vermitteln, stellt ihr Komplex vermutlich einen entscheidenden Schritt beim Aufbau des Sekretionsapparats dar.

Signalerkennungs-Mechanismen im Cag-Typ-IV-Sekretionssystem

Der zuverlässige, aber flexible Transport neu synthetisierter Proteine zu ihren jeweiligen Zielorten ist ein Prozess von grundlegender Bedeutung für alle lebenden Zellen. Die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen, zum Beispiel die Signalsequenzen, die die jeweiligen Proteine in Sec-unabhängige bakterielle Sekretionssysteme verteilen, sind jedoch immer noch unzureichend verstanden. Wir haben neuartige Reportersysteme zur Bestimmung der Typ IV-Translokation in H. pylori entwickelt und untersuchen damit die Signale, die das CagA-Protein zum Typ IV-Sekretionsapparat dirigieren. Außerdem charakterisieren wir die Moleküle, die an der Erkennung dieser Signale beteiligt sind, sowie weitere Typ IV-Sekretions-Hilfsproteine. Wir können zeigen, dass die CagA-Translokationsfaktoren CagF, Cagβ und CagZ zu einem Substrat-Erkennungskomplex an der zytoplasmatischen Membran zusammengefügt werden. Eine genauere Untersuchung des Sekretions-Chaperone-Proteins CagF ergab, dass CagF an mehrere Domänen des CagA-Proteins bindet und es so vermutlich in einem translokations-kompetenten Zustand hält.
Eine genauere Kenntnis dieser molekularen Wechselwirkungen und Abläufe ist nicht nur wichtig für ein Verständnis der H. pylori-induzierten Pathogenese und der Funktionsweise von Typ IV-Sekretionssystemen im allgemeinen, sondern kann letztlich für die Weiterentwicklung des Systems zum Transport fremder Moleküle ausgenutzt werden.

Helicobacter pylori-Plastiziätszonen als mobile genetische Elemente

Eine der bemerkenswertesten Eigenschaften von H. pylori ist seine ungewöhnliche genetische Diversität, die auf hohen Mutations- bzw. Rekombinationsraten, aber auch auf effizienten Mechanismen des horizontalen Gentransfers beruht. Verschiedene Bakterienisolate zeigen eine erhebliche Variabilität in ihrer Gen-Ausstattung, wobei viele akzessorische Gene in bestimmten Bereichen des Genoms liegen, die als Plastizitätszonen (PZ) bezeichnet werden. Durch Genomsequenzierung verschiedener H. pylori-Stämme und vergleichende Genomanalysen konnten wir nachweisen, dass diese PZ in Form mobiler Genominseln (oder integrativer konjugativer Elemente) organisiert sind, die sich über ortsspezifische Rekombination in ein Zielchromosom einbauen können. Die Funktion dieser Genominseln ist noch weitgehend unbekannt, aber bestimmte PZ-Gene können mit der Entstehung von Duodenal-Ulzera assoziiert werden.