Inhibierung der Fettsäureaktivierung zur Induktion des Phagosomenausbruchs und der Eliminierung intrazellulärer Mykobakterien

• Antragstellerin: Dr. Caroline Barisch
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446405030

Tuberkulose ist eine der tödlichsten Infektionskrankheiten und wird durch Mycobacterium tuberculosis verursacht. Mit Hilfe von Dictyostelium discoideum als Modell für schaumige Makrophagen haben wir herausgefunden, dass Mykobakterien die Lipidtröpfchen des Wirts abbauen, um die freigesetzten Fettsäuren (FS) als Energie- und Kohlenstoffquelle zu nutzen. Zur Aufnahme der FS besitzen Mykobakterien einen speziell angepassten Proteinkomplex. Wie die FS nach ihrer Aufnahme in die Bakterienzelle mit Coenzym A (CoA) verestert werden (als "FS-Aktivierung" bezeichnet), um von den Bakterien weiter verstoffwechselt werden zu können, ist bisher ungeklärt. Vieles deutet darauf hin, dass die FS-CoA-Ligase (FACL) 6 von M. marinum (Mm) eine Rolle bei der Aktivierung von FS während der Infektion spielt: Deletion von FACL6 führt zu einem Nährstoffmangel, der sich in einer verringerten Kapazität der Neutrallipidsynthese widerspiegelt. Zudem kommt es in Infektionen mit der Δfacl6 Mutante zu erhöhten Membranschädigungen an der mykobakteriellen Vakuole (MV) und einem vermehrten Ausbruch aus dem Phagosom. Wir nehmen an, dass dieser Phänotyp induziert wird, um einen Zugang zum nährstoffreichen Zytosol zu erhalten. Daher sind Bakterien, denen FACL6 fehlt, attenuiert und werden durch Xenophagie erkannt und eliminiert. Darüber hinaus reagieren die Bakterien empfindlich auf eine Akkumulierung potenziell freier FS. Diese reichern sich unter anderem in der MV an, wenn wirtseigene FS-aktivierende Enzyme, so genannte Acyl-CoA-Synthetasen (LC-FACS), ausgeschaltet sind. Diese Proteine lokalisieren auf Endosomen und der MV und verestern exogene FS mit CoA. Die Deletion von LC-FACS1&2 erhöht nicht nur die Effizienz von Mm aus der MV auszubrechen, sondern potenziert auch die zytosolische Translokation der Δfacl6 Mutante (EXIT-Weg 2). Es lässt sich schlussfolgern, dass sowohl der Nährstoffmangel als auch die Anreicherung von schädlichen freien FS, die Bakterien in das Zytosol treibt, wo sie durch Xenophagie erkannt werden. Das Verständnis des Zusammenhangs zwischen Nährstoffverfügbarkeit, Lipotoxizität und zytosolischer Translokation ist von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung neuartiger, auf den Wirt ausgerichteter Therapien, die die aufeinanderfolgenden Phasen des Infektionszyklus (wie das Entweichen aus dem Phagosom) zu Gunsten der Wirtszelle unterbrechen. Wir werden in diesem Projekt D. discoideum nutzen, um Wirtsproteine zu identifizieren, die an der FS-Aktivierung während der Infektion beteiligt sind (Ziel 1). Mit Hilfe der Δfacl6 Mutante, werden wir die Anreicherung potenziell toxischer, freier FS nachweisen und die Auswirkungen der Wirtsfettsäureaktivierung auf das Wachstum der Mykobakterien, ihre Stoffwechselaktivität und das Ausbrechen aus der Vakuole analysieren (Ziel 2). Schließlich werden wir mittels funktioneller FS und FS-haltiger Liposomen die FS-Flüsse der Wirtszelle gezielt manipulieren (Ziel 3), um Mm in D. discoideum und Mtb in Makrophagen zu eliminieren.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2225: Wirtszellaustritt intrazellulärer Pathogene