Of the eleven species of bacteria that comprise the genus Yersinia of the family Enterobacteriaceae, three species are pathogenic for humans. Yersinia pseudotuberculosis and Yersinia enterocolitica usually cause a mild, self-limiting mesenteric lymphadenitis or ileitis. Yersinia pestis causes a highly invasive often fatal disease known as plague. All three elaborate a type three secretion system that is essential for virulence and encoded on closely related plasmids. In Y. pestis, all the effectors, structural components and chaperones are encoded on the 70kb plasmid, pCD1. Of these, LcrV from Y. enterocolitica has been implicated in playing an immunosuppressive role through its interaction with host Toll-like receptor 2 (TLR2) and induction of IL-10. Through expression and purification of recombinant LcrV from Escherichia coliwe show that only high molecular weight species of rLcrV are able to stimulate TLR2. In a highly sensitive subcutaneous mouse infection model we demonstrate no difference in the time to death between TLR2-sufficient or deficient mice. Analysis of cytokine levels between these two genotypes also shows no significant difference between splenic IL-10 and IL-6 or levels of bacteria. We conclusively show that this interaction, if it does occur, plays no significant role in vivo. In a separate set of experiments, we also determined that the expression of F1, a peptide shown to be responsible for 37°C-dependent inhibition of invasion by Y. pestis in vitro, was significantly decreased under high oxygen conditions. This led us to re-examine the invasion phenotype both in vitro and in vivo. These results give new insights into virulence gene expression in Y. pestis by environmental cues other than temperature.

Neutrophile sind die häufigsten weißen Blutkörperchen im menschlichen Blut. Sie bilden die erste Verteidigungslinie und töten eindringende Krankheitserreger ab. Neutrophile extrazelluläre Fallen (NETs) sind netzartige Strukturen, die aus dekondensiertem Chromatin bestehen und mit zytotoxischen Proteinen dekoriert sind. NETs können Mikroben in vitro und in vivo einfangen und abtöten, sind aber auch für verschiedene Krankheiten verantwortlich. Frühere Studien haben eine spezifische Gruppe von 20-50 Neutrophilenproteinen identifiziert, die an NETs gebunden sind und von denen einige eine mikrobizide Wirkung haben. Wie diese Proteine an die NETs binden, wie sie interagieren und wie die Bindung ihre antimikrobielle Aktivität beeinflusst, ist noch nicht bekannt. In dieser Dissertation habe ich die Verteilung von acht neutrophilen Proteinen und Nukleosomen auf NETs mit Hilfe der Superauflösungsmikroskopie untersucht. Es wurden drei unabhängige Techniken mit Auflösungen von mehr als 90 nm verwendet. Die Nukleosomen bildeten auf den NETs periodische Cluster mit deutlich größeren Abständen im Vergleich zum kondensierten Chromatin. Drei NET-Proteine waren ebenfalls in periodischen Clustern auf den NETs lokalisiert und zwei von ihnen waren stark mit Nukleosomen kolokalisiert. Alle anderen analysierten Proteine zeigten keine Muster der Bindung an NETs. Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse, dass die Bindung von Proteinen an NETs zumindest teilweise spezifisch ist und teilweise durch Wechselwirkungen mit Nukleosomen vermittelt wird. Die erfolgreiche Einführung der superauflösenden Mikroskopie für schwierige NET-Proben in Kombination mit einem vorgeschlagenen rekonstituierten NET-System eröffnet neue Möglichkeiten für das Verständnis der molekularen Mechanismen der NET-Bildung und der Protein-Protein-Interaktion bei der NET-vermittelten Abtötung. / Neutrophils are the most abundant human white blood cell in circulation. They are the first line of defense and kill invading pathogens. Neutrophil Extracellular Traps (NETs) are weblike structures composed of decondensed chromatin decorated with cytotoxic proteins. NETs can trap and kill microbes in vitro and in vivo, but also mediate several diseases. Previous studies identified a specific set of 20-50 neutrophil proteins bound to NETs, several with microbicidal activity. It remains unknown how these proteins bind to NETs, how they interact and how binding influences their anti-microbial activity. In this dissertation, I studied the distribution of eight neutrophil proteins and nucleosomes on NETs using super-resolution microscopy. Three independent techniques with resolutions larger than 90nm were used. Nucleosomes formed periodic clusters on NETs, with significantly larger spacing compared to condensed chromatin. Three NET proteins also localized in periodic clusters on NETs and two of them strongly co-localized with nucleosomes. All other proteins analyzed showed no patterns binding to NETs. Taken together, these findings demonstrate that, at least some, protein binding to NETs is specific and in part mediated by interactions with nucleosomes. The successful introduction of super-resolution microscopy to the challenging NET samples in combination with a proposed reconstituted NET system opens new possibilities to understand the molecular mechanisms behind NET formation and protein-protein interaction in NET mediated killing.