Bakterien der Gattung Shigella sind die Erreger der bakteriellen Ruhr beim Menschen. Der wesent-liche Virulenzfaktor der Shigellen ist ihre Fähigkeit zur Invasion. Die Invasion in Epithel-zellen ist Ausdruck des erregerspezifischen Infektionsprozesses, der gekennzeichnet ist durch eine vom Bakterium induzierte zelluläre Aufnahme über einen Phagozytose-ähnlichen Mechanismus. In dessen Verlauf führt die charakteristische Reorganisation des Zytoskeletts der Zelle zur Ausbildung einer blütenartigen Membranstruktur an der bakteriellen Eintrittsstelle. Als essentielles Glied der Signalisationskaskade vom Bakterium zum zellulären Zytoskelett erwies sich das kleine G-Protein Rho. Es wurde gezeigt, daß Rho als Regulator der Veränderungen des Zytoskeletts selbst an den bakteriellen Invasionslocus rekrutiert wird. Diese Rekrutierung umfaßt drei Isoformen von Rho: RhoA, RhoB und RhoC. Trotz hoher Sequenzhomologie der Isoformen untereinander ( 85% ) existiert ein unterschiedliches Rekrutierungsmuster dieser Isoproteine an der Eintrittsstelle von Shigella flexneri. RhoA akkumuliert vorwiegend um die eindringenden Bakterien herum. Demgegenüber werden RhoB und RhoC in die bakterieninduzierten zellulären Protrusionen rekrutiert. Der Mechanismus dieser isoformspezifischen Rekrutierung ist nicht bekannt. Anhand unserer Experimente konnten wir zeigen, daß das allen kleinen G-Proteinen gemeinsame C-terminale Peptid-Motiv CAAX ( C = Cystein, A = aliphatische Aminosäure, X = Leucin ) eine wesentliche Voraussetzung für die Rekrutierung von Rho darstellt, sich die isoformspezifische Rekrutierung jedoch nicht anhand des CAAX-Motivs erklären läßt. Bedeutsam für die differentielle Rekrutierung der Isoproteine ist vielmehr die präterminale Region des Moleküls. Diese Beobachtung hat weitreichende Konsequenzen für die funktionelle Rolle von Rho bei der Epithelzellinvasion durch Shigella. / Shigella is the etiologic agent of human bacillary, an infectious large bowel disease. A major feature of Shigella's pathogenic potential is the capacity to invade epithelial cells. Shigella entry into epithelial cells is considered a parasite-induced internalization requiring cytosceletal rearrangements; Shigella entry induces a blossom-like membrane structure at the bacterial entry site. This membrane folding process is dependent on the small GTPase rho. It has been shown that three rho isoforms rhoA, rhoB and rhoC are recruited into bacterial entry sites with different localization relative to the membrane structures. While rhoA preferentially accumulates in close vicinity to entering bacteria, rhoB and rhoC are recruited into the tips of Shigella-induced cellular protrusions. We could show that the C-terminal CAAX-region of rho is a prerequisite for recruitment, but not sufficient for different recruitment of rho isoforms. Additional information for differential recruitment patterns seems to come from the preterminal region of rho proteins. This result is of great importance for the functional role of rho during Shigella-invasion into epithelial cells.

Shigellen sind Erreger der bakteriellen Dysenterie beim Menschen. Ein notwendiger Schritt bei der Pathogenese der Shigellose ist die Invasion von Darmepithelzellen durch das Bakterium. Der Mikroorganismus löst dabei in der Wirtszelle Veränderungen des Aktinzytoskeletts aus, die zur Bildung einer blütenähnlichen Membranstruktur und schließlich zur Internalisierung des Pathogens führen. Diese Umbauvorgänge am Zytoskelett sind abhängig von einem Wirtszellprotein, der kleinen GTPase Rho. Drei Isoformen von Rho (A, B und C) sind beschrieben, deren Aminosäuresequenzen zu etwa 90% identisch sind. Während der Zellinvasion durch Shigella akkumulieren verschiedene Rho-Isoformen an unterschiedlichen Lokalisationen des Invasionskomplexes. Dabei werden RhoA vorwiegend um die eindringenden Bakterienherum, RhoB und RhoC hingegen hauptsächlich in die bakterieninduzierten zellulären Protrusionen rekrutiert. Durch Untersuchung von Rho-Hybridkonstrukten konnte gezeigt werden, daß ein prä-C-terminales, acht Aminosäuren umfassendes Modul die Rekrutierungsmuster von RhoA bzw. RhoC bestimmt. Der Austausch zweier Aminosäuren innerhalb des Moduls führte zu einer Konversion des Rekrutierungsmusters von RhoA. Wir konnten zeigen, daß die Rekrutierung von RhoA vom Funktionszustand der GTPase (Bindung von GTP/GDP) sowie von der Phosphorylierung durch die Proteinkinase A unabhängig ist. Schließlich wurde hier nachgewiesen, daß auch RhoD, das zu RhoA, B und C auf der Primärstrukturebene nur zu etwa 50% homolog ist, an die Bakterieneintrittsstelle rekrutiert werden kann. RhoD folgt dabei dem Rekrutierungsmuster von RhoB und RhoC. / Shigella causes bacillary dysentery in humans. Bacterial invasion of enterocytes is an essential step in the pathogenesis of shigellosis. Pathogen-triggered rearrangements of the host cell actin cytoskeleton induce a blossom-like membrane structure for internalisation of the microorganism. Actin remodeling requires activity of the host cell small GTPase rho. Three highly homologous rho isoforms (A, B and C) have been described with amino acid identities of about 90%. During Shigella invasion these rho isoforms accumulate at different sites of the invasion complex. While rhoA is chiefly recruited around entering bacteria, rhoB and rhoC are essentially translocated to the bacteria-induced cellular protrusions. Using a variety of rho hybrid constructs in a HeLa cell transfection-infection assay we were able to show that a pre-C-terminal stretch of eight amino acids determines the recruitment patterns of rhoA and rhoC. Exchange of two amino acids was sufficient for conversion of the rhoA recruitment pattern into a rhoC-like pattern. We could demonstrate that rhoA recruitment is independent of its functional state (GDP- or GTP-bound) or phosphorylation by the proteinkinase A (PKA). Finally, we have shown that rhoD, another member of the rho family which shares only 50% of its primary structure with rhoA, B or C, is also recruited to the bacterial entry site exhibiting a rhoB/C-like pattern of distribution.