Legionella pneumophila - Freisetzung von Lipopolysaccharid zur Modulation evolutionär differenter Wirtszellen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Legionella pneumophila, der häufigste Erreger der sogenannten Legionärskrankheit, besitzt ein für gramnegative Bakterien ungewöhnliches LPS mit essentieller Expression, die mit genomischen Versuchsansätzen bisher nicht als Co-Faktor der Wirtszell-Modulation gekennzeichnet werden konnte. Aus epidemiologischer Sicht stellt sich aber das vom monoklonalen Antikörper (MAb) 3/1 erkannte LPS-Epitiop als „Virulenz-assoziiert" vor. Somit wurde von der Arbeitshypothese ausgegangen, dass der LPS-Einfluss Teil der Basis jedweder Zellmodulation ist, die bei Ausstattung der Legionellen mit der MAb 3/1-positiven LPS-Maschinerie zusätzlich zur Biogenese replikativer Phagosomen in monocytären Zellen beitragen kann. Bei diesen Untersuchungen wurde vorrangig auf den MAb 3/1-positiven Stamm Corby und dessen Spontan-Mutante Corby TF3/1 zurückgegriffen. Diese exprimiert infolge einer Punktmutation nicht das „Virulenzassoziierte" LPS-Epitop, ist aber im Besitz des identischen LPS-unabhängigen Virulenz-Potentials. Unter Nutzung des umfangreichen „Dresden Panels" monoklonaler Antikörper zur Charakterisierung der LPS-Komponenten von L. pneumophila erfolgte zuerst die detaillierte Kennzeichnung der Phasen-variablen Epitop-Ausstattung sowie die Quantifizierung des in Flüssigkultur freigesetzten LPS. Gleichzeitig gelang der Epitop-spezifische, intrazelluläre LPS-Nachweis als bakteriellgebundene bzw. als freigesetzte Komponenten. Hierbei zeigte sich eine für das MAb 3/1-Epitop spezifische LPS-Maschinerie, die auch zu hohen Freisetzungsraten von langkettigem LPS mit diesem Epitop im Phagosom und deren frühzeitige Passage ins Cytosol führt. Während dieses Prozesses wird gleichzeitig ein funktionell differentes, weniger hydrophobes LPS exprimiert, das eine intrazelluläre Clusterung infektiöser Legionellen ermöglicht. Unabhängig von der Ausstattung mit dem MAb 3/1-Epitop wurde im Projekt eine ubiquitäre Einflussnahme des Legionella-LPS auf die Wirtszellen festgestellt. So interagiert intrazellulär freigesetztes LPS mit dem Actin-Cytoskelett und führt zu dessen Destabilisierung bei gleichzeitiger Anreicherung in diesem Kompartment. Erstmalig wurde weiterhin das LPS als unabhängiger Co-Faktor zur Beeinflussung des lysosomalen Pathway beschrieben. So inhibieren von Protozoen und monocytären Zellen aufgenommene Beads mit oberflächlich gebundenem, nicht-vesikulärem LPS die lysosomale Reifung ihrer Phagosomen. Die dritte durch MAb 3/1-positives bzw. -negatives LPS initiierte Wirtszell-Modulation betrifft die Bildung multivaskulärer Körperchen, die wahrscheinlich als Symptom einer stark verzögerten Autophagy auftritt. Das MAb 3/1-posilive LPS unterscheidet sich vom MAb 3/1-negaliven durch seine schnellere intrazelluläre Verfügbarkeit als Effektor der Wirtszell-Modulation und wegen seiner hohen Hydrophobizität. Erstmals konnte gezeigt werden, dass der Stamm Corby sich in A/J-Maus-Makrophagen signifikant stärker repliziert als seine MAb 3/1-negative Mutante. Gleichzeitig wird belegt, dass die Frühphase der Infektion durch freigesetztes MAb 3/1-positives LPS getriggert wird, da seine intrazelluläre Maskierung durch diesen Antikörper eine signifikante Verringerung der Replikation verursacht. Vertiefende Arbeiten sollten nun den Einfluss von Legionella-LPS auf zellbiologischer und immunologischer Ebene quantifizieren, um den spezifischen Part MAb 3/1-positiver Erreger hinsichtlich ihrer oftmals sehr schweren klinischen Verläufe zu kennzeichnen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2006. Immunochemical analysis of Legionella pneumophila outer membrane vesicles. In: Legionella - State of the art 30 years after its recognition. Ed. N. P. Cianciotto et al, ASM Press, Washington D.C, p. 269-273
Helbig, J. H., E. Fernandez-Moreira, P. C. Lück, E. Jacobs, and M. Swanson
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2006. Lipopolysaccharide architecture of Legionella pneumophila grown in broth and host cells. In: Legionella - State of the art 30 years after its recognition. Ed. N. P. Cianciotto et al., ASM Press, Washington D.C, p. 261- 264
Helbig, J. H., E. Fernandez-Moreira, E. Jacobs, P. C. Luck, and M. Witt
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2006. Membrane vesicles shed by Legionella pneumophila inhibit fusion to phagosomes with lysosomes. Infect. Immun. 74:3285-3295
Fernandez-Moreira, E., J. H. Helbig, and M. S. Swanson
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2007. Random mutagenesis of Legionella pneumophila reveals genes associated with lipopolysaccharide synthesis and recognition by typing monoclonal antibodies. J. Appl. MicrobioL 103:1975-1982
Wagner, C., C. Krönert, P. C. Luck, E. Jacobs, N. P. Cianciotto, and J. H. Helbig
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2010. Legionella pneumophila carrying the virulence-associated lipopolysaccharide epitope possesses two functionally different LPS components. Microbiol. 156:2953-2961
Reichardt, K., E. Jacobs, I. Röske, and J. H. Helbig
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2010. Lipopolysaccharide of Legionella pneumophila shed in liquid culmre as a non-vesicular fraction arrests phagosome maturation in amoeba and monocytic host cells. FEMS Lett. 307:113-119
Seeger, E. M., M. Thuma, E. Fernandez-Moreira, E. Jacobs, M. Schmitz, and J. H. Helbig
