Pfad und Steuerung des Effektorexports durch das Typ III-Sekretionssystem

• Antragsteller: Dr. Andreas Diepold
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 456615895

Bakterien, die in Kontakt mit eukaryotischen Zellen leben, profitieren von der Möglichkeit, das Verhalten dieser Zellen zu beeinflussen. Eine der direktesten und elegantesten Möglichkeiten hierfür ist das Typ III-Sekretionssystem (T3SS), eine molekularer Injektionsapparat, auch Injektisom genannt, mit dem Gram-negative Bakterien Effektorproteine in Wirtszellen injizieren. Das T3SS ist ein unverzichtbarer Virulenzfaktor für viele wichtige Krankheitserreger wie Salmonellen, Shigellen, Yersinien und pathogene Escherichia coli. Für diese Bakterien ist die Injektion der Effektorproteine zum richtigen Zeitpunkt entscheidend für die erfolgreiche Etablierung einer Infektion. Überraschenderweise sind die Grundlagen dieses geordneten Exports - die Auswahl und Rekrutierung von T3SS- Effektoren im bakteriellen Zytosol und ihr geregelter und effizienter Transport zum Injektisom - noch unklar. Im Rahmen des vorgeschlagenen Projekts wollen wir daher diese Fragen beantworten: Wie werden Effektorproteine rekrutiert, wie gelangen sie zum Injektisom, und wie wird dieser Prozess durch externe Signale wie etwa den Kontakt zu Wirtszellen gesteuert? Zur Beantwortung dieser Fragen werden wir die Rolle der drei Hauptakteure der Substratrekrutierung untersuchen: Die "Sortierplattform", ein Komplex vier essentieller zytosolischer T3SS-Komponenten, die mit Exportsubstraten interagieren, und bei denen wir einen steten Austausch zwischen dem Zytosol und dem Injektor nachweisen konnten; die T3SS-Chaperone, spezielle Effektor-bindende Proteine, sowie die Effektorproteine selbst. Wir werden diese zentralen Faktoren des T3SS-Proteinexports in Echtzeit und auf Einzelmolekülebene visualisieren, ihre Wechselwirkungen und insbesondere deren Veränderung bei Aktivierung des Exports bestimmen und diese molekularen Erkenntnisse mit der Funktion des T3SS - dem Export der Effektoren - verknüpfen. Die meisten der geplanten Untersuchungen werden dabei in lebenden Bakterien durchgeführt werden, was einen direkten Einblick in die molekulare Funktion des T3SS und seine Regulation durch externe Signale wie z.B. Wirtszellenkontakt ermöglichen wird. Unsere geplanten Experimente werden zeigen, wo, wann und unter welchen Bedingungen T3SS-Effektoren, Chaperone und die Proteine der Sortierplattform interagieren. Sie werden klären, ob tatsächlich eine Hierarchie im Effektor-Export existiert und welche Faktoren daran beteiligt sind, und sie werden den Weg der Effektoren in einzelnen Bakterienzellen vor, während und nach Aktivierung der Sekretion aufzeigen. Da das T3SS ein konservierter und oft essentieller Virulenzfaktor wichtiger Krankheitserreger, und der Effektor-Export durch externe Signale gesteuert und damit für therapeutische Interferenzen zugänglich ist, werden unsere neuen Erkenntnisse über den molekularen Mechanismus und die Regulation dieses faszinierenden Sekretionssystems auch potenzielle Ziele für infektionshemmende Wirkstoffe aufzeigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen