@phdthesis{Grosz2015,
  author    = {Grosz, Magdalena Urszula},
  title     = {Identification of phagosomal escape relevant factors in Staphylococcus aureus infection},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-121981},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {Staphylococcus aureus is a facultative Gram-positive human pathogen which can cause different severe infections. Staphylococci are phagocytosed by professional and non-professional phagocytes; they are strongly cytotoxic against eukaryotic cells and have been proposed to play a role in immune evasion by spreading within migrating phagocytes. This study investigated the post invasive events upon S. aureus infection. Strains which are able to escape the phagosome were identified and the responsible toxins were determined. Thereby innovative insights into host pathogen interaction were obtained. A novel class of small amphipathic peptides with strong surfactant-like properties, the phenol soluble modulins, particularly PSMα as well as the leukocidin LukAB, are involved in phagosomal escape of the clinical S. aureus strains LAC, MW2 and 6850 in non-professional and professional phagocytes. Whereas, PSMβ, δ-toxin, α-toxin, β-toxin or phosphatidyl inositol-dependent phospholipase C did not affect phagosomal escape. By blocking the bacterial DNA-dependent RNA polymerase with rifampicin phagosomal escape is determined to start approximately 2.5 hours post infection. Phagosomal escape further was required for intracellular replication of S. aureus. Strains which are not able to escape cannot replicate in the acidic vacuole, whereas, the host cytoplasm offers a rich milieu for bacterial replication. Additionally, phagosomal escape, with intracellular bacterial replication induces the subsequent host cell death. This could be confirmed by an infection assay including S. aureus knockout mutants in psmα or lukAB which were significantly less cytotoxic, compared with those infected with escape-positive wild type strains. Further, this study showed that phagosomal escape is not only mediated by bacterial toxins. Since, the phagocyte-specific cognate receptors for both escape relevant toxins, FPR2 (PSMα receptor) and CD11b (LukAB receptor) are produced in epithelial and endothelial cells only after infection with S. aureus in a calcium dependent fashion. The knockdown of both receptors using siRNA prevents S. aureus to escape the phagosome. Furthermore, blocking intracellular calcium release with the inositol trisphosphate receptor (IP3R) inhibitor 2-APB prohibits upregulation of fpr2 and cd11b and subsequently phagosomal escape of S. aureus. To conclude, the current study clarifies that phagosomal escape and host cell death are interplay of both, bacterial toxins and host cell factors. Staphylococcus aureus ist ein fakultativ Gram-positives Humanpathogen, dass verschiedene schwerwiegende Infektionen verursachen kann. Staphylokokken werden von professionellen und nicht-professionellen Phagozyten (Fresszellen) zu gleich aufgenommen. Desweitern sind sie stark zytotoxisch f{\"u}r eukaryotische Zellen. Außerdem wird vermutet, dass sie sich mittels migrierender Phagozyten dem angeborenen Immunsystem entziehen k{\"o}nnen. In dieser Studie werden die post-invasiven Ereignisse w{\"a}hrend einer Staphylokokken Infektion untersucht. Im Detail wurden St{\"a}mme identifiziert die aus den Phagosomen entkommen k{\"o}nnen und die daf{\"u}r verantwortlichen Toxine. Im Zuge dessen wurden neue Erkenntnisse der Interaktion zwischen Bakterien und Wirtszellen gewonnen. Eine neue Klasse von kleinen amphiphatischen Peptiden mit starken grenzfl{\"a}chenaktiven Eigenschaften (Surfactant), die sogenannten Phenol soluble modulins (PSMs) im Besonderen PSMα sowie das Leukozidin LukAB, sind am phagosomalen Ausbruch der klinisch relevanten S. aureus St{\"a}mmen LAC, MW2 und 6850 in nicht professionellen und professionellen Phagozyten involviert. Hingegen, sind PSMβ, δ-toxin, α-toxin, β-toxin oder Phosphatidylinositol abh{\"a}ngige Phospholipase C nicht am phagosomalen Ausbruch beteiligt. Durch die Hemmung der bakteriellen DNA-abh{\"a}ngigen RNA Polymerase mit Rifampicin wurde der Zeitpunkt f{\"u}r den Ausbruch auf etwa 2,5 Stunden nach der Infektion eingegrenzt. Der phagosomale Ausbruch ist weiterhin f{\"u}r die intrazellul{\"a}re Replikation von S. aureus notwendig. W{\"a}hrend St{\"a}mme, die nicht ausbrechen k{\"o}nnen in der anges{\"a}uerten Vakuole nicht replizieren k{\"o}nnen, bietet das Zytoplasma ein reichhaltiges Milieu f{\"u}r die Vermehrung. Zudem wird der Pathogen induzierte Zelltod erst nach dem phagosomalen Ausbruch und mit anschließender Vermehrung erm{\"o}glicht. Nachgewiesen wurde dies mittels psmα und lukAB defizienten Mutanten welche signifikant weniger zytotoxisch waren als der Wildtyp Stamm. Diese Studie zeigt dar{\"u}ber hinaus, dass der phagosomale Ausbruch nicht nur durch bakterielle Toxine vermittelt wird. Sondern, dass die Phagozyten-spezifischen Rezeptoren f{\"u}r beide relevanten Toxine, FPR2 (PSMα Rezeptor) und CD11b (LukAB Rezeptor), in Epithel- und Endothelzellen nach Infektion mit S. aureus calciumabh{\"a}ngig produziert werden und f{\"u}r den Ausbruch notwendig sind. Der knockdown beider Rezeptoren mittels siRNA verhindert den Ausbruch. Wird der intrazellul{\"a}re Calciumstrom mittels des Inositoltrisphosphat Rezeptor (IP3R) Inhibitor 2-APB blockiert k{\"o}nnen die Gene fpr2 und cd11b nicht hochreguliert werden und der Ausbruch wird ebenfalls verhindert. Folglich zeigt diese Studie, dass der phagosomale Ausbruch und Pathogen induzierte Zelltod sowohl durch bakterielle Toxine als auch Wirtsfaktoren vermittelt wird.},
  subject      = {Phagosom},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Haegele2002,
  author    = {H{\"a}gele, Sonja},
  title     = {Wirtsspezifit{\"a}t der Gattung Legionella und Etablierung von Dictyostelium discoideum als Wirtsmodell},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-4256},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2002},
  abstract  = {Bei der Gattung Legionella handelt es sich um aquatische St{\"a}bchenbakterien, die sich intrazellul{\"a}r in verschiedenen Protozoen vermehren k{\"o}nnen. Neben der Nutzung des Protozoenwirtes k{\"o}nnen humanpathogene Legionella-Spezies in den Alveolarmakrophagen des menschlichen Respirationstraktes replizieren. Diese Besiedelung der Lunge kann zu einer atypischen Pneumonie, der Legion{\"a}rskrankheit, f{\"u}hren. Humanpathogene Vertreter der Gattung Legionella weisen somit ein duales Wirtssystem auf. Die Wirtsspezifit{\"a}t phylogenetisch verschiedener Legionella Spezies wurde bislang nicht systematisch analysiert. Mit Hilfe von Infektionsversuchen konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass f{\"u}r unterschiedlichste Legionella Spezies Acanthamoeba castellanii ein gut geeigneter Wirt darstellt. Hartmannella vermiformis und Naegleria gruberi erm{\"o}glichen dagegen nur einem eingeschr{\"a}nkten Legionella-Spektrum ein intrazellul{\"a}res Wachstum. Die jeweils h{\"o}chsten Vermehrungsraten zeigten dabei in allen Am{\"o}ben die Umweltisolate LLAP 10 und L. lytica sowie der humanpathogene Stamm L. pneumophila Corby. Außerdem scheint die Virulenz humanpathogener Legionellen-Spezies korreliert zu sein mit der Nutzung eines breiten Wirtsspektrums. Ciliaten wie Tetrahymena pyriformis sind im Gegensatz zu den Am{\"o}ben als Wirte nicht so gut geeignet. Im Vergleich zu den Am{\"o}ben ist sowohl die Anzahl der sich intrazellul{\"a}r in T. pyriformis replizierenden Legionella-Spezies sowie deren Replikationsrate erniedrigt. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit war es Dictyostelium discoideum als neues Wirtsmodell zu etablieren. Bei dieser gut erforschten Bodenam{\"o}be stehen zahlreiche molekularbiologische Methoden f{\"u}r das Manipulieren des Genoms zur Verf{\"u}gung. Somit ist es m{\"o}glich, die w{\"a}hrend einer Infektion ben{\"o}tigten Wirtsfaktoren von Seiten der Am{\"o}be n{\"a}her zu untersuchen. Mittels Infektionsversuchen sowie fluoreszenz- und elektronenmikroskopischer Methoden konnte die intrazellul{\"a}re Replikation von LLAP 10, L. lytica und L. pneumophila in D. discoideum gezeigt werden. F{\"u}r L. pneumophila konnte durch FACS-Analyse festgestellt werden, dass Bakterien dieser Legionella-Spezies genauso wie in den bisher untersuchten Wirtszellesystemen zu Beginn der Infektion in einem nicht anges{\"a}uerten Kompartiment vorliegen. F{\"u}r alle weiteren verwendeten Legionella Spezies sowie hitzeabget{\"o}tete L. pneumophila und die Futterbakterien Klebsiella aerogenes konnte dagegen eine Ans{\"a}uerung des Phagosoms nachgewiesen werden. Kolokalisierungsstudien des lysosomalen Markers DdLIMP mit Legionellen best{\"a}tigte außerdem eine Inhibierung der Phagolysosomfusion bei L. pneumophila, nicht jedoch bei der sich nicht replizierenden Spezies L. hackeliae. Die Untersuchung einer spezifischen Profilin-minus Dictyostelium-Mutante offenbarte eine erh{\"o}hte Phagozytoserate von Legionellen durch die Wirtszellen. Daraus resultierte auch eine leicht gesteigerte intrazellul{\"a}re Vermehrungsrate dieser Bakterien. Profilin ist ein Aktin-bindendes Protein und an der Regulation von Aufnahmeprozessen beteiligt. Weiterhin wurde in dieser Arbeit eine Methode zur Isolierung Bakterien-haltiger Phagosomen aus D. discoideum etabliert. Die magnetische Reinigung von Phagosomen {\"u}ber paramagnetische, Bakterien-konjugierte Beads erwies sich als nicht praktikabel. Die daraufhin entwickelte Anreicherung der Phagosomen {\"u}ber Dichtegradienten-Zentrifugation erforderte jedoch zus{\"a}tzlich die Eliminierung kontaminierender Lysosomen und Mitochondrien. Die Analyse des phagosomalen Proteoms erfolgte mittels Messung von Enzymaktivit{\"a}ten und Western-Blotting-Experimenten. Dabei konnten keine quantitativen Unterschiede typischer lysosomaler Marker zwischen gereiften und ungereiften Phagosomen mit lebenden bzw. toten L. pneumophila detektiert werden. Ebenso verlief der Vergleich von ungereiften LLAP 10-haltigen Phagosomen und gereiften Klebsiella-haltigen Phagosomen. Dagegen zeigte die 2D-Gelelektrophorese des phagosomalen Proteoms vier Proteine, die in Phagosomen mit toten L. pneumophila Corby st{\"a}rker exprimiert waren als in Phagosomen mit lebenden Legionellen. Weiterhin wurde ein Protein detektiert, das f{\"u}r Phagosomen, die lebende L. pneumophila Bakterien beinhalten, spezifisch ist. Dabei k{\"o}nnte es sich um einen von L. pneumophila zur Replikationsvakuole rekrutierten Wirtsfaktor handeln.},
  subject      = {Legionella},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Luehrmann2002,
  author    = {L{\"u}hrmann, Anja},
  title     = {Analyse der Reifung von Afipien- und Rhodokokken-enthaltenden Phagosomen in Makrophagen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-1619},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2002},
  abstract  = {Die Isolierung von Phagosomen erm{\"o}glicht die biochemische Analyse der Phagosomen-Zusammensetzung sowie der an der Phagosomenreifung beteiligten Molek{\"u}le. Deshalb wurde im Rahmen dieser Promotionsarbeit eine Methode entwickelt, die es erm{\"o}glicht, Bakterien-enthaltende Phagosomen zu isolieren. Diese Methode erzielt im Vergleich zu anderen in der Literatur beschriebenen Methoden eine gute Ausbeute (fast 40 Prozent) und vor allem eine h{\"o}here Reinheit an Bakterien-enthaltenden Phagosomen. So besteht keine Kontamination mit Teilen des Golgi-Apparates und nur eine sehr geringe Kontamination mit endosomalen und lysosomalen Proteinen sowie Plasmamembranbestandteilen. Allerdings wurde eine Kontamination mit Mitochondrien und ER detektiert. Letzteres muss nicht unbedingt eine Kontamination darstellen, sondern k{\"o}nnte ein wichtiger Bestandteil von Phagosomen sein. Afipia felis ist ein Gram-negatives Bakterium, das f{\"u}r einige F{\"a}lle der Katzen-Kratz Krankheit verantwortlich ist. Es kann innerhalb von Makrophagen {\"u}berleben und sich vermehren. Die genaue Kompartimentierung der Afipia felis-enthaltenden Phagosomen in Makrophagen war allerdings unbekannt und sollte deshalb in der vorliegenden Promotionsarbeit analysiert werden. Ovalbumin Texas Red, mit dem Lysosomen vor der Infektion markiert wurden, gelangt nicht in die Afipien-enthaltenden Phagosomen, und die Afipien-enthaltenden Phagosomen sind auch nicht zug{\"a}nglich f{\"u}r Ovalbumin Texas Red, mit dem das gesamte endozytische System nach der etablierten Infektion markiert wurde. Außerdem sind etablierte, isolierte Afipia felis-enthaltende Phagosomen nur in geringem Umfang positiv f{\"u}r sp{\"a}t endosomale/lysosomale Markerproteine und negativ f{\"u}r fr{\"u}h endosomale Markerproteine. Die Afipien, die ein nicht endozytisches Kompartiment etablieren, werden vom Makrophagen in ein EEA1-negatives Kompartiment aufgenommen, das auch zu sp{\"a}teren Zeitpunkten negativ f{\"u}r LAMP-1 ist. Nur die circa 30 Prozent der Afipien, die sich in einem Kompartiment befinden, das zum endozytischen System geh{\"o}rt, gelangen nach der Aufnahme durch den Makrophagen in ein EEA1-positives Kompartiment, das zu einem sp{\"a}teren Zeitpunkt positiv f{\"u}r LAMP-1 wird. T{\"o}tung der Afipien oder Opsonisierung mit Antik{\"o}rpern vor der Infektion normalisiert die Reifung der Afipia felis-enthaltenden Phagosomen in den J774E-Makrophagen. Somit konnte nachgewiesen werden, dass die Mehrzahl der Phagosomen (70 Prozent), die Afipia felis enthalten, nicht zum endozytischen System geh{\"o}ren. Diese ungew{\"o}hnliche Kompartimentierung besteht bereits bei der Aufnahme und kann nur von lebenden Afipien etabliert werden. Rhodococcus equi ist ein Gram-positives Bakterium, das unter anderem Bronchopneumonien beim Fohlen verursacht. Aber auch Menschen und andere S{\"a}ugetiere sind von Infektionen mit R. equi betroffen. Die F{\"a}higkeit der Rhodokokken, innerhalb der Makrophagen zu {\"u}berleben und sich zu vermehren, ist mit dem Vorhandensein eines 85 kbp Plasmids assoziiert. Da {\"u}ber die genaue Kompartimentierung von R. equi im Mausmakrophagen wenig bekannt war, und der Frage, ob es einen Unterschied zwischen der Kompartimentierung von R. equi(+)- und R. equi(-)-enthaltenden Phagosomen gibt, noch nicht nachgegangen wurde, war beides Thema dieser Promotionsarbeit. Dabei zeigt sich, dass R. equi(-)-enthaltende Phagosomen wesentlich st{\"a}rker mit den sp{\"a}t endosomalen/lysosomalen Markerproteinen vATPase und LAMP-1 assoziiert sind sowie eine h{\"o}here ß-Galaktosidase-Aktivit{\"a}t aufweisen als die R. equi(+)-enthaltenden Phagosomen. Da sowohl die isolierten R. equi(-)- als auch die R. equi(+)-enthaltenden Phagosomen mit dem fr{\"u}h endosomalen Markerprotein rab5 assoziiert sind, ist anzunehmen, dass Rhodokokken unabh{\"a}ngig vom Vorhandensein des 85 kbp Plasmids in der Lage sind, die Phagosomenreifung zu verz{\"o}gern. Aber R. equi(-) kann die Reifung zwar verz{\"o}gern, aber letztendlich nicht verhindern. Wahrscheinlich reifen die Phagosomen, die R. equi(-) enthalten, zu einem sp{\"a}teren Zeitpunkt zu Phagolysosomen, wohingegen R. equi(+) ein ungew{\"o}hnliches Kompartiment etabliert und dadurch die Phagosomenreifung endg{\"u}ltig zu verhindern scheint. Somit ist anzunehmen, dass mindestens ein vom 85 kbp Plasmid kodiertes Molek{\"u}l f{\"u}r die Etablierung dieses ungew{\"o}hnlichen, R. equi(+)-enthaltenden Kompartimentes, verantwortlich ist. Da eine Infektion mit Rhodococcus equi zytotoxisch f{\"u}r die infizierte Zelle sein kann, wurde die von den Rhodokokken vermittelte Zytotoxizit{\"a}t n{\"a}her analysiert. Die in dieser vorliegenden Promotionsarbeit dargestellten Ergebnisse zeigen deutlich, dass nur die Plasmid-enthaltenden Rhodokokken zur Nekrose, aber nicht zur Apoptose ihrer Wirtszellen f{\"u}hren, w{\"a}hrend R. equi(-) keinen Einfluss auf die Vitalit{\"a}t ihrer Wirtszellen haben. Dieses Ph{\"a}nomen ist allerdings abh{\"a}ngig vom Wirtszelltyp. So sind R. equi(-) als auch R. equi(+) f{\"u}r humane Monozyten nur geringf{\"u}gig zytotoxisch.},
  subject      = {Afipia},
  language  = {de}
}