TY  - THES
A1  - Lührmann, Anja
T1  - Analyse der Reifung von Afipien- und Rhodokokken-enthaltenden Phagosomen in Makrophagen
T1  - Analysis of the maturation of Afipia- and Rhodococcus-containing phagosomes in macrophages
N2  - Die Isolierung von Phagosomen ermöglicht die biochemische Analyse der Phagosomen-Zusammensetzung sowie der an der Phagosomenreifung beteiligten Moleküle. Deshalb wurde im Rahmen dieser Promotionsarbeit eine Methode entwickelt, die es ermöglicht, 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 höhere 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 könnte ein wichtiger Bestandteil von Phagosomen sein. Afipia felis ist ein Gram-negatives Bakterium, das für einige Fälle der Katzen-Kratz Krankheit verantwortlich ist. Es kann innerhalb von Makrophagen überleben 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 zugänglich für 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 für spät endosomale/lysosomale Markerproteine und negativ für früh endosomale Markerproteine. Die Afipien, die ein nicht endozytisches Kompartiment etablieren, werden vom Makrophagen in ein EEA1-negatives Kompartiment aufgenommen, das auch zu späteren Zeitpunkten negativ für LAMP-1 ist. Nur die circa 30 Prozent der Afipien, die sich in einem Kompartiment befinden, das zum endozytischen System gehört, gelangen nach der Aufnahme durch den Makrophagen in ein EEA1-positives Kompartiment, das zu einem späteren Zeitpunkt positiv für LAMP-1 wird. Tötung der Afipien oder Opsonisierung mit Antikörpern 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 gehören. Diese ungewöhnliche 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 Säugetiere sind von Infektionen mit R. equi betroffen. Die Fähigkeit der Rhodokokken, innerhalb der Makrophagen zu überleben und sich zu vermehren, ist mit dem Vorhandensein eines 85 kbp Plasmids assoziiert. Da über 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 stärker mit den spät endosomalen/lysosomalen Markerproteinen vATPase und LAMP-1 assoziiert sind sowie eine höhere ß-Galaktosidase-Aktivität aufweisen als die R. equi(+)-enthaltenden Phagosomen. Da sowohl die isolierten R. equi(-)- als auch die R. equi(+)-enthaltenden Phagosomen mit dem früh endosomalen Markerprotein rab5 assoziiert sind, ist anzunehmen, dass Rhodokokken unabhängig vom Vorhandensein des 85 kbp Plasmids in der Lage sind, die Phagosomenreifung zu verzögern. Aber R. equi(-) kann die Reifung zwar verzögern, aber letztendlich nicht verhindern. Wahrscheinlich reifen die Phagosomen, die R. equi(-) enthalten, zu einem späteren Zeitpunkt zu Phagolysosomen, wohingegen R. equi(+) ein ungewöhnliches Kompartiment etabliert und dadurch die Phagosomenreifung endgültig zu verhindern scheint. Somit ist anzunehmen, dass mindestens ein vom 85 kbp Plasmid kodiertes Molekül für die Etablierung dieses ungewöhnlichen, R. equi(+)-enthaltenden Kompartimentes, verantwortlich ist. Da eine Infektion mit Rhodococcus equi zytotoxisch für die infizierte Zelle sein kann, wurde die von den Rhodokokken vermittelte Zytotoxizität näher analysiert. Die in dieser vorliegenden Promotionsarbeit dargestellten Ergebnisse zeigen deutlich, dass nur die Plasmid-enthaltenden Rhodokokken zur Nekrose, aber nicht zur Apoptose ihrer Wirtszellen führen, während R. equi(-) keinen Einfluss auf die Vitalität ihrer Wirtszellen haben. Dieses Phänomen ist allerdings abhängig vom Wirtszelltyp. So sind R. equi(-) als auch R. equi(+) für humane Monozyten nur geringfügig zytotoxisch.
N2  - The isolation of phagosomes from phagocytes enables their fine biochemical analysis as well as the determination of the role of various molecules in phagosome biogenesis. Therefore, a method to purify bacteria-containing phagosomes from infected macrophages has been established in this study. In comparison with previously described methods a good yield (40 per cent) and a higher level of purity of bacteria-containing phagosomes were obtained using this phagosome isolation method. No Golgi-derived contamination and only very little endosomal or lysosomal and plasma membrane-derived contaminations was found. Furthermore, some mitochondrial and ER contaminations were detectable. Afipia felis is a Gram-negative bacterium that causes some cases of human Cat Scratch Disease. It can survive and multiply in macrophages, but the precise intracellular compartimentalization of Afipia felis-containing phagosomes is unknown. In this study we show evidence, that 70 per cent of Afpia felis-containing phagosomes do not belong to the endocytic pathway. This is supported by the facts that neither did ovalbumin preloaded into lysosomes enter most Afipia felis-containing phagosomes, nor did ovalbumin loaded into the endocytic system after infection. Furthermore the percentage of isolated Afipia felis-containing phagosomes positive for late endosomal/lysosomal markerproteins were very low and early endosomal marker proteins were rarely detectable. Those bacteria that were to be found in a nonendosomal compartment entered the macrophage via an EEA1-negative compartment, which remained negative for LAMP-1. The small population of Afipia felis whose phagosomes were part of the endocytic system entered into an EEA1-positive compartment which also subsequently acquired LAMP-1. Killing of Afipia felis or opsonization with antibodies before infection lead to a strong increase in the percentage of Afipia felis-containing phagosomes that interact with the endocytic system. We conclude that most phagosomes containing Afipia felis are disconnected from the endocytic system. This unusual compartalization is decided at uptake and can only be established by viable Afipia felis. Rhodococcus equi is a Gram-positive bacterium that causes granulomatous pneumonia in foals. It is also a pathogen for other animals and human beings. The pathogenicity of Rhodococcus equi is depending on its ability to exist and multiply inside macrophages and this correlates with the presence of a 85 kbp plasmid. The aim of this study was to elucidate the intracellular compartmentation of Rhodococcus equi and the mechanism by which the bacteria might avoid the destruction in host macrophages. The importance of the virulence-associated plasmid was also evaluated. In this study it is shown that R. equi(-)-containing phagosomes contained much more of the late endosomal/lysosomal marker proteins vATPase or LAMP-1 and also a larger amount of the lysosomal enzyme ß-galactosidase than R. equi(+)-containing phagosomes. Both R. equi(+)- and R. equi(-)-containing phagosomes associated with the early endosomal marker protein rab5. Based on these results it can be speculated that Rhodococcus equi is able to slow down or arrest the maturation of its phagosome independently of the 85 kbp virulence-associated plasmid. Whereas R. equi(-) is able to slow down but not to arrest its phagosomes, R. equi(+) establishes an unusual compartment, which possibly represents a recycling-endosome. Therefore, for the long term establishment of the unusual R. equi(+)-containing phagosomes at least one of the molecules encoded by the 85 kbp plasmid is necessary. Since Rhodococcus equi infection ultimately proves toxic for macrophages, the R. equi mediated cytotoxicity was analyzed. In this study it is shown that Rhodococcus equi induce necrosis in their host cells and which is dependent on the presence of the virulence-associated 85 kbp plasmid. But the Rhodococcus induced necrosis can only be observed in mouse macrophages and not in human monocytes.
KW  - Afipia
KW  - Rhodococcus
KW  - Phagosom
KW  - Makrophage
KW  - Makrophage
KW  - J774
KW  - Phagosom
KW  - Endosom
KW  - Lysosom
KW  - Phagozytose
KW  - Zytotoxizität
KW  - Afipia felis
KW  - Rhodococcus equi
KW  - Macrophage
KW  - J774
KW  - phagosome
KW  - endosome
KW  - lysosome
KW  - phagocytosis
KW  - cytotoxicity
KW  - Afipia felis
KW  - Rhodococcus equi
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-1619
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Oelschlaegel, Diana
A1  - Weiss Sadan, Tommy
A1  - Salpeter, Seth
A1  - Krug, Sebastian
A1  - Blum, Galia
A1  - Schmitz, Werner
A1  - Schulze, Almut
A1  - Michl, Patrick
T1  - Cathepsin inhibition modulates metabolism and polarization of tumor-associated macrophages
JF  - Cancers
N2  - Stroma-infiltrating immune cells, such as tumor-associated macrophages (TAM), play an important role in regulating tumor progression and chemoresistance. These effects are mostly conveyed by secreted mediators, among them several cathepsin proteases. In addition, increasing evidence suggests that stroma-infiltrating immune cells are able to induce profound metabolic changes within the tumor microenvironment. In this study, we aimed to characterize the impact of cathepsins in maintaining the TAM phenotype in more detail. For this purpose, we investigated the molecular effects of pharmacological cathepsin inhibition on the viability and polarization of human primary macrophages as well as its metabolic consequences. Pharmacological inhibition of cathepsins B, L, and S using a novel inhibitor, GB111-NH\(_2\), led to changes in cellular recycling processes characterized by an increased expression of autophagy- and lysosome-associated marker genes and reduced adenosine triphosphate (ATP) content. Decreased cathepsin activity in primary macrophages further led to distinct changes in fatty acid metabolites associated with increased expression of key modulators of fatty acid metabolism, such as fatty acid synthase (FASN) and acid ceramidase (ASAH1). The altered fatty acid profile was associated with an increased synthesis of the pro-inflammatory prostaglandin PGE\(_2\), which correlated with the upregulation of numerous NF\(_k\)B-dependent pro-inflammatory mediators, including interleukin-1 (IL-1), interleukin-6 (IL-6), C-C motif chemokine ligand 2 (CCL2), and tumor necrosis factor-alpha (TNFα). Our data indicate a novel link between cathepsin activity and metabolic reprogramming in macrophages, demonstrated by a profound impact on autophagy and fatty acid metabolism, which facilitates a pro-inflammatory micromilieu generally associated with enhanced tumor elimination. These results provide a strong rationale for therapeutic cathepsin inhibition to overcome the tumor-promoting effects of the immune-evasive tumor micromilieu.
KW  - cathepsin
KW  - activity-based probes
KW  - tumor-associated macrophage
KW  - autophagy
KW  - lysosome
KW  - lipid metabolism
KW  - inflammation
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-213040
SN  - 2072-6694
VL  - 12
IS  - 9
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Bartel, Karin
A1  - Pein, Helmut
A1  - Popper, Bastian
A1  - Schmitt, Sabine
A1  - Janaki-Raman, Sudha
A1  - Schulze, Almut
A1  - Lengauer, Florian
A1  - Koeberle, Andreas
A1  - Werz, Oliver
A1  - Zischka, Hans
A1  - Müller, Rolf
A1  - Vollmar, Angelika M.
A1  - Schwarzenberg, Karin von
T1  - Connecting lysosomes and mitochondria – a novel role for lipid metabolism in cancer cell death
JF  - Cell Communication and Signaling
N2  - Background
The understanding of lysosomes has been expanded in recent research way beyond their view as cellular trash can. Lysosomes are pivotal in regulating metabolism, endocytosis and autophagy and are implicated in cancer. Recently it was discovered that the lysosomal V-ATPase, which is known to induce apoptosis, interferes with lipid metabolism in cancer, yet the interplay between these organelles is poorly understood.

Methods
LC-MS/MS analysis was performed to investigate lipid distribution in cells. Cell survival and signaling pathways were analyzed by means of cell biological methods (qPCR, Western Blot, flow cytometry, CellTiter-Blue). Mitochondrial structure was analyzed by confocal imaging and electron microscopy, their function was determined by flow cytometry and seahorse measurements.

Results
Our data reveal that interfering with lysosomal function changes composition and subcellular localization of triacylglycerids accompanied by an upregulation of PGC1α and PPARα expression, master regulators of energy and lipid metabolism. Furthermore, cardiolipin content is reduced driving mitochondria into fission, accompanied by a loss of membrane potential and reduction in oxidative capacity, which leads to a deregulation in cellular ROS and induction of mitochondria-driven apoptosis. Additionally, cells undergo a metabolic shift to glutamine dependency, correlated with the fission phenotype and sensitivity to lysosomal inhibition, most prominent in Ras mutated cells.

Conclusion
This study sheds mechanistic light on a largely uninvestigated triangle between lysosomes, lipid metabolism and mitochondrial function. Insight into this organelle crosstalk increases our understanding of mitochondria-driven cell death. Our findings furthermore provide a first hint on a connection of Ras pathway mutations and sensitivity towards lysosomal inhibitors.
KW  - lysosome
KW  - V-ATPase
KW  - mitochondria
KW  - fission
KW  - apoptosis
KW  - lipid metabolism
KW  - cardiolipin
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-221524
VL  - 17
ER  -