Molekulare und strukturelle Analyse der Teichonsäurebiosynthese von Streptococcus pneumoniae und Bedeutung veränderter Teichonsäuren für die bakterielle Pathophysiologie

• Antragsteller: Dr. Nicolas Gisch; Professor Dr. Sven Hammerschmidt
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie ; Analytische Chemie ; Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258667519

Teichonsäuren (TAs) stellen einen wichtigen Bestandteil der Zellwand von Streptococcus pneumoniae dar. Wandteichonsäuren (WTA) und Lipoteichonsäuren (LTA) von S. pneumoniae sind strukturell identisch und enthalten Phosphorylcholin (P-Cho)-Substituenten. Diese verankern eine spezielle Klasse von Proteinen, die sogenannten Cholin-bindenden Proteine (CBPs), nicht-kovalent an der Zelloberfläche. In der letzten Förderungsphase konnten wir detaillierte Erkenntnisse zu den genetischen und strukturellen Anforderungen für die Biosynthese und Modifikation der Pneumokokken-Teichonsäuren erlangen. Insbesondere wurde der Einfluss der LTA auf die Pathophysiologie von S. pneumoniae gezielt untersucht. Dabei gelang uns die Identifizierung der Lipoteichonsäure-Ligase, die von uns als TacL bezeichnet wurde. In TacL-defizienten Mutanten konnte keine LTA mehr nachgewiesen werden. Diese Stämme waren in den Mausmodellen der akuten Pneumonie und systemischen Infektion in ihrer Virulenz signifikant attenuiert, obwohl sie in vitro ein normales Wachstumsverhalten zeigten. Diese Mutanten zeigten auch keine Veränderungen der Zellmorphologie oder Zellteilung. Ein Ziel des Folgeprojektes ist die Aufklärung der Rolle der LTA in den pathophysiologischen Prozessen der Pneumokokken. Dafür werden wir eine Reihe komplementärer Analyseansätze anwenden, wie bspw. zellbasierte Adhäsionstests, Bestimmung der Biofilmbildung und die Analyse von Lipidmediator-Profilen z.B. in Epithelzellen, die mit S.p. Wildtyp oder entsprechenden Mutanten infiziert wurden. Perspektivisch planen wir den TacL-vermittelten Transfer der Und-PP-gebundenen Teichonsäure-Vorläuferketten auf den Glykolipidanker in vitro zu rekonstituieren. Ein weiteres Ziel ist die Aufklärung der Funktionsweise der LytR-Cps2A-Psr (LCP) Proteinfamilie. Diese Proteine haben unter Umständen semi-redundante Rollen in der Verankerung der WTA und/oder Kapsel am Peptidoglykan. Basierend auf Methoden, die größtenteils in der ersten Förderperiode implementiert wurden, soll der individuelle Einfluss von LytR, Cps2A, oder Psr auf den WTA- und Kapselgehalt untersucht werden. Das Virulenzpotential von Einzel-, Doppel- sowie Dreifach-LCP-Mutanten wird im Vergleich zu den entsprechenden Wildtypstämmen analysiert. Die Mutanten werden phänotypisch in S.p. TIGR4 sowie S.p. D39 charakterisiert. Die TAs dieser Stämme werden isoliert, strukturell charakterisiert und quantifiziert. Hierzu stehen weiterhin in den beiden Arbeitsgruppen komplementäre Expertisen in den Bereichen der Infektionsbiologie bzw. chemischen Strukturanalyse zur Verfügung. Die Analyse der Bindung von CBPs an das P-Cho der TAs wird fortgeführt. Darüber hinaus untersuchen wir die Rolle der Pneumokokken-Teichonsäuren in der Immunerkennung, wobei ein spezieller Fokus auf dem Komplementsystem liegt. Um den spezifischen Beitrag der TAs analysieren zu können, nutzen wir für diese Untersuchungen Stämme, die in der Acylierung der Lipopetide defizient sind und keine Kapsel besitzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen