Thrombospondin-1 (TSP1) ist ein matrizelluläres, Calcium-bindendes Glykoprotein, das an der Regulation verschiedener zellulärer Prozesse beteiligt ist. TSP1 wird von unterschiedlichen Zelltypen gebildet und ist vor allem in den α-Granula der Thrombozyten zu finden, aus denen es nach deren Aktivierung sekretiert wird. Streptococcus pneumoniae (Pneumokokken) sind Gram-positive humanpathogene Bakterien. Sie besiedeln asymptomatisch den menschlichen Respirationstrakt und können schwerwiegende lokale Infektionen und lebensbedrohliche Erkrankungen, wie z.B. Sepsis, bakterielle Meningitis oder invasive Pneumonien auslösen. Die Anheftung von S. pneumoniae an Wirtsstrukturen ist ein initialer Schritt für die Kolonisierung mukosaler Epitheloberflächen. In dieser Arbeit wird die Bedeutung des humanen TSP1 für die Pathogen-Wirt Interaktion analysiert und der Effekt für die Pathogenese demonstriert. Verschiedene Bindungsstudien und durchflusszytometrische Analysen zeigten eine Assoziation von S. pneumoniae an aktivierte Thrombozyten und an lösliches und immobilisiertes TSP1. In in vitro Infektionsversuchen konnte nachgewiesen werden, dass wirtszellgebundenes TSP1 die Adhärenz an und Invasion in Epithel- bzw. Endothelzellen vermittelt. TSP1 übernimmt die Funktion als Brückenmolekül zwischen S. pneumoniae und eukaryontischen Wirtszellen. Zur Charakterisierung des bakteriellen Adhäsins für TSP1 wurden die Pneumokokken mit dem proteolytischen Enzym Pronase E bzw. mit der Zucker oxidierenden Substanz Natriumperiodat inkubiert. Eine Behandlung mit Natriumperiodat reduzierte die TSP1 vermittelte Adhärenz der Pneumokokken an humane Wirtszellen. Im Gegensatz dazu hatte die Behandlung mit Pronase E keinen Einfluss auf die TSP1 vermittelte Anheftung von S. pneumoniae an eukaryontische Zellen. Diese Ergebnisse deuten an, dass es sich bei dem bakteriellen Adhäsin für TSP1 um eine oberflächenlokalisierte Glykostruktur der Pneumokokken handelt. Die TSP1 vermittelte bakterielle Adhärenz der Pneumokokken an Wirtszellen konnte durch Pneumokokken-spezifisches Phosphorylcholin bzw. durch Lipoteichonsäuren nicht reduziert werden. Im Gegensatz dazu wurde die TSP1 vermittelte Adhärenz von S. pneumoniae an Wirtszellen durch Zugabe von löslichem Peptidoglykan signifikant inhibiert. In verschiedenen Bindungsstudien wurde das Peptidoglykan als Pneumokokken-Adhäsin für TSP1 identifiziert. Weiterhin wurde herausgestellt, dass nicht nur S. pneumoniae, sondern auch andere Gram-positive pathogene Bakterien, wie Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes, Listeria monocytogenes und verschiedene apathogene Bakterien mit TSP1 interagieren, im Gegensatz zu Gram-negativen Bakterien. Es konnte gezeigt werden, dass TSP1 das Peptidoglykan aller getesteten Gram-positiven Bakterien erkennt. Diese Beobachtung weist auf einen allgemeingültigen Mechanismus der Bakterien-Wirt Interaktion hin, der wahrscheinlich von großer Bedeutung für die Pathogenese Gram-positiver Bakterien ist. Als Rezeptoren für TSP1 auf der Wirtszellseite wurden Proteoglykane auf der Oberfläche von eukaryontischen Zellen identifiziert. Weiterhin konnte herausgestellt werden, dass eine Interaktion der Gram-positiven Bakterien mit TSP1 nicht nur eine Adhärenz an Wirtszellen vermittelt, sondern die Bakterien vor einer Phagozytose durch primäre Granulozyten schützt. Zusammenfassend beweisen diese Ergebnisse eine spezifische Interaktion von Gram-positiven Bakterien mit TSP1, die zur bakteriellen Kolonisierung des Wirtsgewebes beiträgt. Das Peptidoglykan übernimmt die Funktion eines bakteriellen Adhäsins für TSP1, so dass TSP1 als molekulare Brücke die Interaktion von Gram-positiven Bakterien und Wirtszell-Proteoglykanen vermittelt. Diese Untersuchungen tragen in bedeutender Weise zu einem besseren Verständnis der Pathogenese von Infektionen durch S. pneumoniae und anderen Gram-positiven Bakterien bei. / Thrombospondin-1 (TSP1) is a matricellular glycoprotein that has key roles in interactions between human cells and components of the extracellular matrix. TSP1 is produced by different cell types and is mainly found in the α-granules of human thrombocytes and secreted upon their stimulation. Streptococcus pneumoniae are Gram-positive human bacteria which reside asymptomatically in the human respiratory tract, but can also cause local infections and life-threatening diseases such as sepsis, bacterial meningitis and pneumonia. A prerequisite for pneumococcal colonization of mucosal epithelial cells is the bacterial interaction with host cell structures. This study reports a novel role for human TSP1 in pathogen-host interactions. Binding assays and flow cytometric analysis demonstrate that S. pneumoniae specifically interacts with human TSP1. It is shown that S. pneumoniae binds to activated thrombocytes and recruits TSP1 from human plasma. Host-cell bound TSP1 promotes adherence of S. pneumoniae to human epithelial and endothelial cells, thereby acting as a molecular bridge between pneumococci and eukaryotic cells. To identify the bacterial adhesin for TSP1, pneumococci were incubated with the proteolytic enzyme pronase E and with sodium periodate, which oxidizes surface-exposed sugars. Pretreatment of the bacteria with sodium periodate, but not pronase E substantially reduced TSP1 mediated adherence to host cells, suggesting a glycoconjugate as the pneumococcal receptor for TSP1. Pneumococcal phosphorylcholine and lipoteichoic acids did not affect TSP1 mediated adherence of S. pneumoniae to host cells. In contrast, attachment of pneumococci to host cells via TSP1 was blocked by soluble peptidoglycan, indicating the recognition of bacterial peptidoglycan by TSP1. Further studies demonstrate that in addition to S. pneumoniae other Gram-positive bacteria including Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes, Listeria monocytogenes and several apathogenic bacteria interact with TSP1. Gram-negative bacteria did not interact with TSP1. Further it is shown that TSP1 recognizes the peptidoglycan of all tested Gram-positive bacteria, suggesting a general mechanism of bacteria-host protein interaction which probably has a significant impact on the pathogenesis of Gram-positive bacteria. Host cell proteoglycans were identified as the cellular receptors for TSP1. It is demonstrated that the bacterial binding to TSP1 does not only support adhesion to host cells, but can also protect the bacteria from phagocytosis by granulocytes. In conclusion, the results demonstrate an exploitation of TSP1 by Gram-positive bacteria which supports bacterial colonization of host tissues. In this scenario peptidoglycan functions as adhesin and TSP1 acts as a molecular bridge, linking Gram-positive bacteria with proteoglycan receptors on the host cells. These studies contribute to a better understanding of infections by S. pneumoniae and other Gram-positive bacteria.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:1976 |
| Date | January 2007 |
| Creators | Rennemeier, Claudia |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | deu |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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