Growth of Yersinia enterocolitica and interaction with mammalian cells in three-dimensional (3D) extracellular matrix
Final Report Abstract
Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde ein dreidimensionales Collagengel (3D-CoG) als Gewebesurrogat für infektionsbiologische Untersuchungen von Yersinia enterocolitica und Staphylococcus aureus etabliert. Das 3D-CoG erwies sich als sehr geeignet, um die Interaktion von Yersinien bzw. Staphylokokken (i) mit Collagen und Plasmaproteinen (z.B. Fibrinogen) mit Bakterien und (ii) mit murinen und humanen Neutrophilen (PMNs) mikroskopisch zu untersuchen. Es konnte erstmalig gezeigt werden, dass Yersinien über das trimere Adhäsin YadA einzelne Tropokollagen-Fibrillen binden, die eine zusätzliche fibrilläre Kollagenkapsel um die Yersinien bilden und den Phyagozytenkontakt inhibieren. Darüber hinaus konnte durch kompetitive Bindungsversuche mit dem Kollagen-Mimetikum (POG)10 (synthetisches trimeres Triantapeptid) und Kollagen Typ l erstmals eine (POG)10 –inhibierbare und eine nicht inhibierbare Kollagenbindungsstelle für YadA nachgewiesen werden. Das 3D-CoG erwies sich als geeignet, um die Interaktion von Neutrophilen mit Yersinia Mikrokolonien hinsichtlich Migration und Produktion von reaktiven Sauerstoffderivaten (ROS) fluoreszenzmikroskopisch zu untersuchen. S. aureus produziert neben Kollagenbindenden Zellwandproteinen auch zwei Kollagenasen (Coa und vWbp). Im 3D-CoG bilden S. aureus wie auch Yersinien charakteristische Mikrokolonien. Durch Zugabe von Fibrinogen und Prothrombin entsteht ein 3D-CoGFib, das einerseits die Wirkung von Coa und vWbp auf die Fibrinnetzbildung und andererseits die Interaktion von „GFP getaggten“ (LysM-EGFP) Maus Neutrophilen mit Staphylokokken erlaubt. Mit diesem System konnte erstmalig gezeigt werden, dass Coa eine Fibrinpseudokapsel um die Staphylokokken erzeugt und vWbp ein um die Mikrokolonie ausstrahlendes Fibrinnetzwerk „microcolony-associated meshwork, MAM) ausbildet. Diese MAM ist für Neutrophile undurchdringlich, wodurch die Staphylokokken vor Phagozyten geschützt sind. Durch Zugabe von Thrombin-Proteasehemmer (Argatroban) konnte die Kapselbindung verhindert und die Phagozytose der Staphylokokken im 3D-CoGFib gefördert werden. Inzwischen wurde dieses Prinzip zusammen mit Antibiotika von anderen Gruppen in präklinischen Therapiestudien (Mausmodell) von experimentellen Staphylokokkeninfektionen erprobt – mit positivem Ergebnis.
Publications
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„Analysis of host-pathogen interactions in novel three dimensional surrogate infection models”, LMU München, 2011
Guggenberger, C.
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“Probing the cellular effects of bacterial effector proteins with the Yersinia toolbox”, 2012, “Future Microbiology, Volume 7, P. 449-56
Wölke S., Heesemann J.
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“Untersuchungen zur Interaktion und Modulation von Yersinia enterocolitica mit neutrophilen Granulozyten in Suspension und im dreidimensionalen Kollagengel“, LMU München, 2012
Czech, B.
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„Transcritptional Profiling of Yersinia enterocolitica – Host Cell Interactions“ In: Yersinia-Systems Biology and Control Ed: Carniel E. and Hinnebusch B.J., 2012, Caister Academic Press, S. 59-67
Hoffmann R., Lenk E., Heesemann J.
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„Two Distinct Coagulase-Dependent Barriers Protect Staphylococcus aureus from Neutrophils in a Three Dimensional in vitro Infection Model”, 2012, PLoS Pathogens, Volume 8, e1002434 (p1-17)
Guggenberger C., Wolz C., Morrissey J., Heesemann J.
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„Charakterisierung der Kollagenbindung von Yersinia enterocolitica und ihre Bedeutung in der Wirtszellinteraktion“, TU München, 2014
Gramlich K.
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„The RNA Chaperone Hfq Impacts Growth, Metabolism and Production of Virulence Factors in Yersinia enterocolitica”, 2014, PLoS ONE, Volume 9, e86113 (p1-17)
Kakoschke T., Kakoschke S., Magistro G., Schubert S., Borath M., Heesemann J., Rossier O.
