TY  - THES
A1  - Wagner, Carina
T1  - Dictyostelium als Wirtsmodell und Funktionsanalyse des Virulenzfaktors Mip aus Legionella pneumophila
T1  - Dictyostelium as Host Model and Funktion Analysis of the Virulence Faktor Mip out of Legionella pneumophila
N2  - Legionella pneumophila wurde erstmals 1977 beschrieben, nachdem der Erreger aus dem Lungengewebe eines Patienten isoliert wurde, der an einer schweren atypischen Pneumonie erkrankt war. Das Bakterium zeichnet sich durch ein duales Wirtssystem aus und kann sich sowohl in Protozoen als auch in humanen Zellen vermehren. Ein Ziel dieser Arbeit war es, wichtige Faktoren einer Legionelleninfektion seitens der Wirtszelle zu betrachten. Als Wirtsmodell diente die soziale Amöbe Dictyostelium discoideum. Mit Hilfe eines von Patrick Farbrother (Universität Köln) etablierten Dictyostelium DNA-Microarrays mit 5906 genspezifischen Sonden, wurde die Genexpression von D. discoideum in Reaktion auf eine Infektion durch L. pneumophila untersucht. Zur Kontrolle dienten uninfizierte Zellen, und Zellen, die mit L. hackeliae bzw. einer dotA-Mutante von L. pneumophila koinkubiert wurden. Diese beiden Stämme weisen eine verminderte Pathogenität bzw. ein deletiertes Pathogenitätsgen auf. Für den Zeitpunkt 24 h nach Infektionsbeginn wurden 140 Gene gefunden, die in D. discoideum in Reaktion auf eine Infektion mit L. pneumophila differentiell exprimiert werden. Einige Gene codieren bereits bekannte Proteine von D. discoideum. Dazu gehören das RtoA (ratioA, Fusion von Vesikeln), Discoidin I, CotB (spore coat Protein SP70) und die lysosomale α-Mannosidase. Mit Hilfe von Homologie-Suchen konnte weiteren unbekannten Proteinen eine Funktion zugeteilt werden. Hierzu zählen die Chaperone ClpB (heat shock protein Hsp104), β’-COP (coat protein) und drei calciumbindende Proteine. Nach Einteilung in funktionelle Kategorien, konnte gezeigt werden, dass viele Gene reguliert werden, deren Produkte am Aminosäure-Metabolismus beteiligt sind oder bei denen es sich um ribosomale Proteine handelt. Des Weiteren wurde in dieser Arbeit das Nramp-Protein von D. discoideum näher untersucht. Nramp transportiert zweiwertige Kationen über die phagosomale Membran. Es konnte festgestellt werden, dass die Aufnahme von L. pneumophila und M. avium in eine nramp-Mutante deutlich reduziert ist. Allerdings ist eine vermehrte Replikation von Legionellen und Mykobakterien in der Wirtsmutante zu beobachten. In Zusammenarbeit mit Salvatore Bozzaro (Turin, Italien) konnte gezeigt werden, dass während einer Infektion mit L. pneumophila die nramp-Expression sinkt und bereits nach 48 h annähernd keine nramp-RNA im Northern-Blot nachweisbar ist. Im Gegensatz dazu bleibt die nramp-Expression während einer Infektion mit M. avium relativ konstant. In Infektionsstudien konnte nachgewiesen werden, dass sich die Endozytobionten TUME1, UWE25 und UWC6 in D. discoideum vermehren können. Mit Hilfe von spezifischen Cy3-markierten 16S-rRNA Sonden wurde die intrazelluläre Zunahme der Bakterien über 48 h beobachtet. Zum Zeitpunkt 48 h nach Inokulation konnte eine erhöhte Anzahl der drei Endozytobionten in D. discoideum festgestellt werden. Anhand von elektronenmikro-skopischen Aufnahmen konnte gezeigt werden, dass die Stämme TUME1 und UWE25 im Zytoplasma des Wirtes von membranösen Strukturen eng umschlossen sind. UWC6 konnte sowohl in Vakuolen als auch frei im Zytoplasma nachgewiesen werden. Die Lokalisierung der Endozytobionten entspricht ihrer Lokalisierung in ihren natürlichen Wirten. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war die Funktionsanalyse des Mip-Proteins aus L. pneumophila. Das Mip-Protein von Legionella gehört in die Klasse der FK506-Bindeproteine. Es besitzt Peptidyl-Prolyl cis/trans Isomeraseaktivität und bildet Homodimere. Mip kann an die extrazelluläre Matrix von Lungenepithelzellen binden, speziell an das Collagen IV. Mit Hilfe von Transwell-Versuchen konnte festgestellt werden, dass Mip für die Penetration von Legionella durch eine Barriere aus Lungenepithelzellen verantwortlich ist. Die Penetrationsfähigkeit konnte nach Hemmung der PPIase-Aktivität durch FK506 bzw. Rapamycin gehemmt werden. Ebenso waren Legionellen nach Hemmung der Serinproteaseaktivitäten im Transwell-System nicht mehr in der Lage die Barriere aus Epithelzellen mit extrazellulärer Matrix zu durchwandern. Mit Hilfe von Degradationsassays mit S35-markierter extrazellulärer Matrix konnte gezeigt werden, dass mip-positive Legionellen extrazelluläre Matrix degradieren können. Nach Hemmung der PPIase-Aktivität bzw. Serinproteaseaktivität konnten mip-positive Legionellen extrazelluläre Matrix nicht mehr degradieren.
N2  - The facultative intracellular bacterium Legionella pneumophila is the etiological agent of Legionnaire’s disease. It was first described in the year 1977 after isolation of the lung of a patient who had a severe atypical pneumonia. The bacterium possesses a dual host system and can replicate within protozoa and human cells. The main focus of this work was to identify host cell factors which are important during Legionella infection. As a host model system we used the social amoeba Dictyostelium discoideum. In cooperation with Patrick Farbrother (University of Cologne) who established a Dictyostelium DNA-microarray we have been able to investigate the gene expression of Dictyostelium during Legionella infection. The microarray consists of 5906 gene-specific probes representing about half the genome of D. discoideum. As controls we isolated RNA from uninfected cells and cells after coincubation with L. hackeliae as well as a dotA-mutant of L. pneumophila. Both are Legionella strains with reduced pathogenicity and a deleted pathogenicity gene respectively. Approximately 24 h after infection we identified 140 differentially expressed D. discoideum genes. Some of these genes encode well characterised D. discoideum proteins like RtoA (ratioA, vesicle fusion protein), Discoidin I, CotB (spore coat protein SP70) and the lysosomal α-Mannosidase. By homology searches the functions of others could be assigned, like the chaperones ClpB (heat shock protein Hsp104), β’-COP (coat protein) and three calcium-binding proteins. When characterising the probes by cellular processes the alteration of gene expression was analysed on functional level. A lot of genes were regulated whose products are involved in nucleotid metabolism or that are ribosomal proteins. Furthermore we investigated the role of the Nramp-protein of D. discoideum. L. pneumophila as well as M. avium were more efficiently phagocytosized from wildtype Dictyostelium than from nramp-mutants. In contrast to phagocytosis, the replication rate of both bacteria was much higher in the mutant than in the wildtype. In cooperation with Salvatore Bozzaro (Turin, Italy) we have been able to show a decrease of nramp-expression during infection with Legionella. Approximately 48 h after infection virtually no nramp-RNA was detectable by northern blots. In contrast to these results, the nramp-expression was nearly constant during an infection by Mycobacteria. By infection studies it was shown that the endocytobionts TUME1 UWE25 and UWC6 were able to replicate within D. discoideum. The intracellular increase of the bacteria within 48 h was detected by fluorescent in situ hybridisation with specific Cy3-labeled 16S-rRNA probes. By means of electron micrographs we were able to show that the strains TUME1 and UWE25 resided within the host cytoplasm closely surrounded by membranous structures. UWC6 was found in vacuoles as well as in the cytoplasm. Localisation of the endocytobionts corresponds to their localisation in their natural hosts. A further aim of this work was to investigate the function of the L. pneumophila Mip-protein. The Mip-protein of Legionella belongs to the FK506 binding proteins. Mip exhibits peptidyl-prolyl cis/trans isomerase activity and creates homodimers. We showed that mip binds to the extracellular matrix of lung epithelial cells especially to collagen IV. By using the transwell-system we demonstrated that Mip is responsible for Legionella penetrating a barrier of lung epithelial cells and their extracellular matrix. After blocking the PPIase-activity by FK506 or Rapamycin, the ability of Legionella-penetration was dramatically reduced. Also after inhibition of serinprotease-activities in the transwell-system, Legionella was not able to penetrate through the barrier. Degradation-assays with S35-labeled extracellular matrix indicated that mip-positive Legionella are able to degrade extracellular matrix. After inhibiting the PPIase-activity or serinprotease-activities mip-positive Legionella were no longer able to degrade extracellular matrix.
KW  - Legionella pneumophila
KW  - Virulenzfaktor
KW  - Dictyostelium discoideum
KW  - Modell
KW  - Dictyostelium
KW  - Virulenzfaktors Mip
KW  - Legionella pneumophila
KW  - Legionella pneumophila
KW  - Mip
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-12488
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hägele, Sonja
T1  - Wirtsspezifität der Gattung Legionella und Etablierung von Dictyostelium discoideum als Wirtsmodell
T1  - Host Specifity of the Genus Legionella and Establishment of Dictyostelium discoideum as a Host Model System
N2  - Bei der Gattung Legionella handelt es sich um aquatische Stäbchenbakterien, die sich intrazellulär in verschiedenen Protozoen vermehren können. Neben der Nutzung des Protozoenwirtes können humanpathogene Legionella-Spezies in den Alveolarmakrophagen des menschlichen Respirationstraktes replizieren. Diese Besiedelung der Lunge kann zu einer atypischen Pneumonie, der Legionärskrankheit, führen. Humanpathogene Vertreter der Gattung Legionella weisen somit ein duales Wirtssystem auf. Die Wirtsspezifität phylogenetisch verschiedener Legionella Spezies wurde bislang nicht systematisch analysiert. Mit Hilfe von Infektionsversuchen konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass für unterschiedlichste Legionella Spezies Acanthamoeba castellanii ein gut geeigneter Wirt darstellt. Hartmannella vermiformis und Naegleria gruberi ermöglichen dagegen nur einem eingeschränkten Legionella-Spektrum ein intrazelluläres Wachstum. Die jeweils höchsten Vermehrungsraten zeigten dabei in allen Amöben 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 Amöben als Wirte nicht so gut geeignet. Im Vergleich zu den Amöben ist sowohl die Anzahl der sich intrazellulär 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 Bodenamöbe stehen zahlreiche molekularbiologische Methoden für das Manipulieren des Genoms zur Verfügung. Somit ist es möglich, die während einer Infektion benötigten Wirtsfaktoren von Seiten der Amöbe näher zu untersuchen. Mittels Infektionsversuchen sowie fluoreszenz- und elektronenmikroskopischer Methoden konnte die intrazelluläre Replikation von LLAP 10, L. lytica und L. pneumophila in D. discoideum gezeigt werden. Für 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 angesäuerten Kompartiment vorliegen. Für alle weiteren verwendeten Legionella Spezies sowie hitzeabgetötete L. pneumophila und die Futterbakterien Klebsiella aerogenes konnte dagegen eine Ansäuerung des Phagosoms nachgewiesen werden. Kolokalisierungsstudien des lysosomalen Markers DdLIMP mit Legionellen bestätigte 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 erhöhte Phagozytoserate von Legionellen durch die Wirtszellen. Daraus resultierte auch eine leicht gesteigerte intrazelluläre 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 über paramagnetische, Bakterien-konjugierte Beads erwies sich als nicht praktikabel. Die daraufhin entwickelte Anreicherung der Phagosomen über Dichtegradienten-Zentrifugation erforderte jedoch zusätzlich die Eliminierung kontaminierender Lysosomen und Mitochondrien. Die Analyse des phagosomalen Proteoms erfolgte mittels Messung von Enzymaktivitäten 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 stärker exprimiert waren als in Phagosomen mit lebenden Legionellen. Weiterhin wurde ein Protein detektiert, das für Phagosomen, die lebende L. pneumophila Bakterien beinhalten, spezifisch ist. Dabei könnte es sich um einen von L. pneumophila zur Replikationsvakuole rekrutierten Wirtsfaktor handeln.
N2  - Legionella pneumophila is the causative agent of Legionnaires’ disease. It is able to replicate in cells of the respiratory tract namely the alveolar macrophages. In the environment, L. pneumophila, like other Legionellae lives in fresh water habitats and replicates intracellularly in protozoa. Therefore the pathogenic species of the genus Legionella possess a dual host system. Until now, very little is known about the host specificity of phylogenetically different Legionella species. This work revealed that the amoeba Acanthamoeba castellanii can serve as a host for most of the Legionella species tested. In contrast, in Hartmannella vermiformis and Naegleria gruberi only a reduced number of different Legionella species are able to replicate intracellularly. In all three amoeba species the environmental isolates LLAP 10 and L. lytica, as well as the pathogenic L. pneumophila, showed the highest replication rate among the Legionella species tested. In the ciliate T. pyriformis, the number of replicating Legionella species and the replication rate are diminished. Therefore amoebae are more suitable than ciliates as a host for Legionella infections. A major aim of this work was to establish Dictyostelium discoideum as a new host model system. This soil amoeba is genetically well studied. Furthermore, there are several different methods for the manipulation of the genome. Therefore it is possible to examine the host-pathogen interaction from the perspective of the host. The intracellular replication of LLAP 10, L. lytica and L. pneumophila in D. discoideum has been shown by determination of CFU-values in infection assays, as well as by fluorescent and electron microscopy methods. For L. pneumophila, it could be shown with FACS-analysis that the bacteria live in a phagosome with an almost neutral pH. This corresponds to the observed results in phagosomes in human macrophages and amoebae. All other Legionella species, as well as the food bacterium Klebsiella aerogenes, and heat killed L. pneumophila, are found in an acidic vesicle. Moreover, phagolysosom fusion was inhibited by L. pneumophila as demonstrated by co-localization studies with the lysosomal marker DdLIMP. No co-localization could be shown with L. pneumophila, while non replicating Legionellae clearly indicated that DdLIMP was integrated in the phagosomal membrane. Using a specific profilin minus mutant of Dictyostelium it could be shown by FACS-analysis that the uptake of Legionellae in these mutant cells occurs with a higher phagocytosis rate. Furthermore, the intracellular replication rate of Legionella bacteria is slightly increased. Profilin is an actin binding protein which is involved in regulation uptake processes. A method for isolating bacteria containing phagosomes from Dictyostelium was also established. Because it was not possible to isolate bacteria labeled bead phagosomes magnetically, a density gradient centrifugation was used. Contaminating lysosmes were eliminated by loading these organelles with iron particles and the use of an electromagnet. Contaminating mitochondria were eliminated by “heavy labeling” the organelles with a substrate for the succinat dehydrogenase and thereby increasing the specific density. Analysis of the phagosomal proteom occurred by measuring enzyme activities and western blotting experiments. No differences in the amount of lysosomal markers could be detected between phagosomes harboring living or dead L. pneumophila and phagosomes harboring LLAP 10 or K. aerogenes, respectively. In contrast, 2D gel electrophoresis revealed four proteins expressed in a greater amount in phagosomes containing dead L. pneumophila, and one protein specific for proteins harboring living L. pneumophila. This protein could be a host factor which is recruited to the phagosome by L. pneumophila
KW  - Legionella
KW  - Dictyostelium discoideum
KW  - Wirtsspezifität
KW  - Phagosom
KW  - Legionella
KW  - Dictyostelium
KW  - Wirtsspezifität
KW  - Phagosomen
KW  - Legionella
KW  - Dictyostelium
KW  - host specificity
KW  - phagosoms
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-4256
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fajardo-Moser, Marcela
T1  - Untersuchung der Legionella-Infektion in der genetisch manipulierbaren Amöbe Dictyostelium discoideum
T1  - Analysis of the Legionella infection in the modelorganism Dictyostelium discoideum.
N2  - Die haploide Amöbe Dictyostelium discoideum hat sich als geeinet erwiesen für die Untersuchung der zellulären Aspekte der Legionella Infektion. Nach der Aufnahme befindet sich L. pneumophila innerhalb eines unreifen Phagosoms das weder angesäuert wird noch mit Lysosomen fusioniert. In dieser Studie wurden die Wirtzellfaktoren untersucht, die Legionella eine erfolgreiche Kolonizierung des Wirt ermöglichen. Phagozytoseversuche mit spezifischen zellulären Inhibitoren und die Analyse der Aufnahme in definierten Wirtzell-Mutanten haben gezeigt, daß das zytoplasmatische Kalziumniveau, Zytoskelettproteine und die Kalzium-bindenden Proteine des ERs, Calreticulin und Calnexin, spezifisch die Aufnahme und das intrazelluläre Wachstum von L. pneumophila beeinflussen. Mikroskopisches Untersuchungen mit GFP-markierten Calnexin und Calreticulin haben gezeigt, dass beide Proteine spezifisch in den "phagocytic cups" der L. pneumophila-infizierten Wirtszellen akkumulieren. Beide Proteine umhüllten die replikative Vakuole von L. pneumophila während der gesamten Replikation des Bakteriums. Die kumulativen Effekte intrazellulären Kalziumniveaus, die räumliche Verteilung von Calnexin und Calreticulin und die Defekte Aufnahme und intrazelluläre Vermehrung von L. pneumophila im Calnexin- und Calreticulin-minus der Zellen deuten darauf hin, daß diese Faktoren ein Teil des Regulationssystems sind, der zu der Bildung der spezifische Vakuole von L. pneumophila führt.
N2  - The haploid amoeba Dictyostelium discoideum is a versatile host system for studying cellular aspects of Legionella pathogenicity. Previous studies have shown that the internalization of L. pneumophila leads to an endoplasmic reticulum (ER)-derived organelle that supports intracellular replication of the bacteria. In this study a roadmap of host-cell factors involved in this process was developed. Phagocytosis assays with specific cellular inhibitors and the effects of well defined host-cell mutants revealed that cytoplasmic calcium levels, cytoskeleton-associated proteins and the calcium-binding proteins of the ER, calreticulin and calnexin, specifically influence the uptake and intracellular growth of L. pneumophila. Confocal microscopic time series with green fluorescent protein (GFP)-tagged calnexin and calreticulin demonstrated the accumulation of both proteins in the phagocytic cup of L. pneumophila-infected host cells. In contrast to the control experiment with Escherichia coli-containing phagosomes, both proteins decorated the replicative vacuole of L. pneumophila during the entire growth phase of the bacteria. The cumulative effects of cytosolic calcium levels, the spatial distribution of calnexin and calreticulin, and the defective invasion and replication of L. pneumophila in calnexin- and calreticulin-minus cells suggest that these factors are part of a regulatory system that leads to the specific vacuole of L. pneumophila.
KW  - Dictyostelium discoideum
KW  - Legionella pneumophila
KW  - Infektion
KW  - Molekularbiologie
KW  - Legionella
KW  - Dictyostelium
KW  - Phagozytose
KW  - ER
KW  - Legionella
KW  - Dictyostelium
KW  - Phagocytosis
KW  - ER
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-21355
ER  -