Chlamydiales are obligate intracellular gram-negative bacteria that have gained high medical relevance. These important human pathogens cause diverse diseases including trachoma and wide spread sexually transmitted diseases. Chlamydia establishes membrane bound inclusions in the host cell and loots the host for nutritional requirements. Infections are usually recognized by the host immune system and eliminated systematically, by triggering apoptosis. However, the pathogen Chlamydia has evolved various strategies to prevent the detection as well as protect the invaded cell against apoptosis or any other form of cell death. The evolutionary conservation of cell death regulation has not been investigated in the order Chlamydiales, which also includes Chlamydia-like organisms with a broader host spectrum. The present study was aimed at investigating the apoptotic response of human cells infected with the Chlamydia-like organism Simkania negevensis (Sn). Simkania infected cells exhibited strong resistance to apoptosis induced by intrinsic stress or by the activation of cell death receptors. Apoptotic signaling was blocked upstream of mitochondria since Bax translocation, Bax and Bak oligomerisation and cytochrome c release were absent in these cells. Caspases were differentially regulated upon Sn infection. Caspase-3 and -9 were not activated upon Sn infection and apoptosis induction; whereas caspases-8 was activated in Sn infected cells even without apoptosis induction. This indicates that, Sn utilizes death receptor association independent caspase activation for thriving in the host environment. Infected cells turned on pro-survival pathways like cellular Inhibitor of Apoptosis Proteins (IAP-1/2 and XIAP) and the Akt/PI3K pathway. Sn infection also 20 activated the pro-survival transcription factor NF-кB. Blocking any of these survival pathways sensitized the infected host cell towards apoptosis induction, demonstrating their role in infection-induced apoptosis resistance. The NF-кB mutant cells also showed reduced infectivity of Sn, which indicated an essential role of NF-кB in Sn infection. It was interesting to observe that, Acanthamoeba castellanii, a natural host of Sn, survived maintaining its trophozoite forms after infection with Sn upon starvation. The metacaspases, responsible for encystment could be regulated by Sn upon infection. This suggests an early level of gene regulation indicating how the pathogen evolved its ability to inhibit apoptosis in higher organisms. The resistance to apoptosis pathways subverted in Sn-infected cells was similar but not identical to those modulated by Chlamydia. Together, the data supports the hypothesis of evolutionary conserved signaling pathways to apoptosis resistance as common denominators in the order Chlamydiales. / Vertreter der Ordnung Chlamydiales sind obligat intrazelluläre gram-negative Bakterien mit einer zunehmenden medizinischen Relevanz. Diese Humanpathogene lösen verschiedene Krankheiten aus, unter anderem Blindheit und sexuell übertragbare Krankheiten. Chlamydia führt zur Ausbildung einer Membranumschlossenen Inklusion innerhalb der Wirtszelle und entzieht dem Wirt die nötigen Nährstoffe. Infektionen können vom Immunsystem des Wirts erkannt und systematisch mittels Apoptose bekämpft werden. Chlamydia hat jedoch verschiedene Strategien entwickelt um der Erkennung durch das Immunsystem zu entgehen und um ihre Wirtszelle vor dem Zelltod zu schützen. Ob die Fähigkeit den Zelltod der Wirtszelle zu regulieren evolutionär innerhalb der Ordnung der Chlamydiales, welche auch Chlamydia-ähnliche Organismen mit einem breiteren Wirtsspektrum beinhalten, konserviert ist wurde bislang noch nicht untersucht. In dieser Arbeit wurde das apoptotische Verhalten humaner mit dem Chlamydia-ähnlichen Organismus Simkania negevensis (Sn) infizierter Zellen untersucht. Mit Simkanien infizierte Zellen zeigen eine starke Apoptose-Resistenz, unabhängig ob diese über intrinsischen Stress oder durch die Aktivierung von Todesrezeptoren ausgelöst wurde. Die Apoptose-Signalkaskade wurde vor den Mitochondrien blockiert, da es weder zu einer Bax Translokation, Bax und Bak Oligomerisierung noch zur Cytochrom c Freisetzung in den infizierten Zellen kam. Auch Caspasen zeigten eine veränderte Regulation. Die Caspase-3 und -9 wurden während einer Sn-Infektion und Apoptose-Induktion nicht aktiviert. Die Caspase 8 jedoch ist während der Sn-Infektion unabhängig von einer Apoptose-Induktion aktiv. Diese Tatsache lässt vermuten, dass Sn sich eines von den Todesrezeptoren 22 unabhängigen Mechanismus der Caspaseaktivierung bedienen um in der Wirtzelle zu verbleiben. Infizierte Zellen zeigen eine Aktivierung verschiedener antiapoptotischer Signalwege wie der der Inhibitor of Apoptotis Proteins (IAP1/2 and XIAP)- und den Akt/PI3K Signalweg. Durch eine Sn-Infektion kommt es außerdem zur Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-kB. Wird einer dieser Überlebenssignalwege blockiert zeigen die infizierten Wirtszellen eine erhöhte Sensitivität gegenüber einer Apoptoseinduktion, was wiederum die zentrale Rolle der infektionsvermittelten Apoptoseresistenz aufzeigt. Eine Zelllinie mit mutiertem NF-kB zeigte eine verminderte Infektiosität von Sn, was die zentrale Rolle von NF-kB in der Sn-Infektion unterstreicht. Infektionsversuche mit Sn und dessen natürlichem Wirt Acanthamoeba castellanii zeigten, dass diese im Sn-infizierten Stadium die Aufrechterhaltung ihrer Trophozyten-Form nach Nährstoffmangel überlebten. Die Metacaspasen, welche für die Einkapselung verantwortlich sind konnten durch eine Sn-Infektion reguliert werden. Dies weist auf ein frühes Stadium der Genregulation hin und lässt vermuten wie die Pathogene die Fähigkeit zur Apoptose-Inhibition höherer Organismen erlangt haben könnten. Die durch eine Sn-Infektion vermittelte Resistenz der Wirtszelle gegenüber Apoptose-Signalwegen ist ähnlich, jedoch nicht identisch zu der durch Chlamydia vermittelten Resistenz. Diese Ergebnisse unterstützen die Hypothese eines evolutionär konservierten Signalwegs der Apoptoseresistenz als allgemeiner Nenner in der Ordnung der Chlamydiales.

Simkania negevensis (Sn) is a Chlamydia-like obligate intracellular bacterium which replicates within a membrane bound vacuole, termed SCV (Simkania-containing vacuole). The SCV is a unique compartment closely associated with ER-membranes, consequently ER-stress is blocked by the bacteria. SCV morphology is similar among epithelial cells (HeLa229, A549, HEp-2) and macrophages (THP1). The SCV represents the first intracellular interface between the host and pathogen which serves as a replication niche. Identifying human and bacterial factors associated with ER-SCV-membranes should contribute towards the understanding of SCV composition and formation as well as interactions with ER or transports. Comparative studies of the SCV should indicate similarities to the chlamydial inclusion since some host cell factors are already known for Chlamydia. In this thesis, a purification protocol has been established that is applicable to HeLa229 and THP1 ER-SCV-membranes and has been further utilized for proteome and lipidome analyses. 302 bacterial and 1178 human proteins composing ER-SCV-membranes and 885 bacterial proteins composing purified Sn have been identified by using label-free mass spectrometry measurements. Among the human factors of non or Sn infected ER-(SCV-) membranes we found 51 enriched or depleted proteins in addition to 57 transport associated ones that indicated infection induced differences among intracellular protein transport. Contrary regulation of retrograde and anterograde transported proteins could be confirmed by using RNA interference and inhibitor tests, whereby Clathrin-associated and COPI vesicles seem to play a central role. Application of Retro-inhibitors, which interfered with retrograde transport processes between endosome to Golgi or early to late endosomes, as well as Bafilomycin A1 (retrograde, late endosomes and lysosomes) and Brefeldin A (anterograde, ER and Golgi) exerted a strong influence on SCV formation, morphology and intracellular lipid transport. By using label-free mass spectrometry measurements and thin layer chromatography we could determine differences in lipid levels within Sn infected cells, ER-SCV-membranes and purified Sn in comparison to uninfected cells. In addition to lipid enrichment or depletion in whole-cell extracts and ER-SCV-membranes, we identified two infection-specific lipids, cholesterol-ß-Dglucoside and PE 30:0. Further, high-throughput RNA interference tests indicated a dependence of Sn infections on endosome to Golgi and Clathrin-associated vesicle transports. Taken together, we were able to identify initial potential SCV-associated proteins and lipids that were connected to bacterial infection. Furthermore, SCV formation and Sn infectiousness depends on retrograde transport processes and therefore also on acquisition of nutrients, such as lipids. / Simkania negevensis (Sn) repliziert als Chlamydia-ähnliches obligat intrazelluläres Bakterium auch in einer membranumschlossenen Vakuole, die als SCV (engl. Simkania-containing vacuole) bezeichnet wird. Die SCV ist ein bis jetzt einzigartiges Kompartiment, das stark mit ER-Membranen assoziiert ist, wobei ER-Stress von den Bakterien blockiert wird. Die Morphologie der SCV scheint dabei in Epithelzellen (HeLa229, A549, HEp-2) als auch in Makrophagen (THP1) gleich zu sein. Die SCV stellt die erste intrazelluläre Berührungsfläche dar, an der Interaktionen zwischen Wirt und Pathogen erfolgen, und dient gleichzeitig als Replikationsnische. Mithilfe der Identifizierung von humanen und bakteriellen Faktoren, die mit der ER-SCV-Membran assoziiert sind, sollten die Zusammensetzung der SCV sowie mögliche Interaktionen mit dem ER oder zellulären Transportwegen ermittelt werden. Vergleichsstudien von SCV-assoziierten Proteinen sollten Ähnlichkeiten zur chlamydialen Inklusion aufzeigen, für die bereits einige interagierende Wirtszellfaktoren beschrieben wurden. In dieser Arbeit wurde ein Aufreinigungsprotokoll etabliert, das sowohl für ER-SCVMembranen aus HeLa229 als auch THP1 geeignet war und für spätere Proteom- oder Lipidomanalysen diente. Über markierungsfreie massenspektrometrische Messungen konnten 302 bakterielle und 1178 humane Proteine in ER-(SCV-) Membranen und 885 bakterielle Proteine in aufgereinigten Sn identifiziert werden. In ER-(SCV-) Membranen von nicht und Sn-infizierten HeLa229 Zellen befanden sich 51 unterschiedlich verteilte und 57 transportassoziierte humane Proteine, die auf infektionsinduzierte Unterschiede beim intrazellulären Proteintransport hindeuteten. Eine entgegengesetzte Regulation von retro- und anterograd transportierten Proteinen konnte mithilfe von RNA-Interferenz und dem Einsatz geeigneter Inhibitoren bestätigt werden, wobei sich zeigte, dass Clathrin-assoziierte und COPI-Vesikel eine zentrale Rolle spielen. Retro-Inhibitoren, die den retrograden Transport zwischen Endosomen zum Golgi oder zwischen frühen und späten Endosomen inhibieren, sowie Bafilomycin A1 (retrograd, späte Endosomen und Lysosomen) und Brefeldin A (anterograd, ER und Golgi), beeinflussten massiv die SCV-Ausbildung, SCV-Morphologie und den intrazellulären Lipidtransport. Über markierungsfreie massenspektrometrische und dünnschichtchromatographische Analysen konnten erste Unterschiede im Lipidvorkommen in Sn-infizierten Zellen, an ER-SCVMembranen und in aufgereinigten Sn im Vergleich zu nicht infizierten Zellen ermittelt werden. Dabei konnten neben An- und Abreicherungen in Gesamtzellextrakten sowie ER-SCVMembranen zwei infektionsspezifische Lipide, Cholesterol-ß-D-Glykosid und PE 30:0, identifiziert werden. Weiterführende umfangreiche RNA-Interferenzstudien weisen darauf hin, dass die Sn-Infektion vom Endosomen-zum-Golgi-Transport und vom Clathrin-assoziierten Vesikeltransport abhängig ist. Zusammenfassend konnten erste mögliche SCV-assoziierte Proteine und Lipide identifiziert werden, die mit der bakteriellen Infektion verbunden waren. Des Weiteren hängen eine stabile SCV-Ausbildung und Sn-Infektivität von verschiedenen retrograden Transportwegen und damit von dem Erwerb von Nährstoffen wie bspw. Lipiden ab.