Peter Bernthaler

• Die Alveoläre Echinokokkose ist eine bedeutende, gefährliche Parasitose des Menschen. Über die molekularen Grundlagen und Mechanismen der Wirt-Parasit- Interaktion ist bislang nur wenig bekannt. In den letzten Jahren konnten Hinweise erlangt werden, dass Wirt und Parasit über evolutionsgeschichtlich konservierte Signalsysteme kommunizieren. Eines dieser Systeme ist das TGF-b/BMP-Signaltransduktionssystem. TGF-β-Signaltransduktionskomponenten steuern grundlegende Prozesse der Entwicklung und Differenzierung in allen Tieren. Über diesesDie Alveoläre Echinokokkose ist eine bedeutende, gefährliche Parasitose des Menschen. Über die molekularen Grundlagen und Mechanismen der Wirt-Parasit- Interaktion ist bislang nur wenig bekannt. In den letzten Jahren konnten Hinweise erlangt werden, dass Wirt und Parasit über evolutionsgeschichtlich konservierte Signalsysteme kommunizieren. Eines dieser Systeme ist das TGF-b/BMP-Signaltransduktionssystem. TGF-β-Signaltransduktionskomponenten steuern grundlegende Prozesse der Entwicklung und Differenzierung in allen Tieren. Über dieses Signalsystem wird ein weites Spektrum von zellulären Prozessen wie Proliferation, Apoptose und Differenzierung reguliert. Dieses System besteht aus strukturell verwandten Zytokinen der TGF-β (transforming growth factor β) bzw. BMP (bone morphogenetic protein)-Familie, membranständigen Rezeptoren der TGF-β-Rezeptorfamilie (Typ I und Typ II) sowie intrazellulären Signaltransduktoren der Smad-Familie. Bislang konnten verschiedene Echinokokken Smad-Faktoren (EmSmadA, EmSmadB, EmSmadC und EmSmadD) sowie drei Echinokokken Rezeptoren der Typ I Familie (EmRSK1, EmRSK2, EmRSK3) in E. multilocularis identifiziert werden. Ein Mitglied der TGF-β Typ II-Rezeptorfamilie war bislang noch nicht beschrieben. In dieser Arbeit wird ein solches Molekül vorgestellt, EmRSK4 (=TGF-b Typ IISerin/ Threonin Kinase Rezeptor aus Echinococcus multilocularis). Genexpressionsanalysen und immunhistochemische Untersuchungen zeigen an, dass EmRSK4 in der Germinalschicht des E. multilocularis Metacestoden zusammen mit EmRSK1 (=BMP Typ I-Serin/Threonin Kinase Rezeptor) exprimiert wird. Studien an heterolog exprimierten Rezeptoren zeigten, dass EmRSK4 funktionell aktiv ist und mit humanen Typ I-Rezeptoren einen Komplex bilden kann. Diese Studien zeigen auch, dass EmRSK4 mit EmRSK1 einen aktiven heterologen Typ I-/Typ II-Rezeptorkomplex in HEK293-T Zellen bildet, der durch Wirts-BMP2 stimuliert wird und EmSmadB aktiviert. In Untersuchungen mit EmRSK2 (= TGF-β Typ ISerin/ Threonin Kinase Rezeptor) konnte gezeigt werden, dass bei Anwesenheit beider Rezeptoren, EmRSK2 und EmRSK4, eine Phosphorylierung von EmSmadC nachweisbar ist, während eine Phosphorylierung von EmSmadA auch ohne die Anwesenheit von EmRSK4 stattfindet. Desweiteren konnte gezeigt werden, dass der Inhibitor SB-431452 die Kinaseaktivität von EmRSK2 hemmt. Nach Zugabe von exogenem BMP2 zu Metazestodenvesikel konnten Hinweise erhalten werden, dass ein bislang noch nicht charakterisiertes, zusätzliches EmSmad aktiviert wird. Zusammengenommen lässt die Co-Expression von EmRSK1 mit EmRSK4 in der Germinalschicht, die Bildung eines BMP-responsiven Komplexes aus beiden Rezeptoren und die Phosphorylierung mindestens eines zellulären Faktors nach exogener Zugabe von Wirts-BMP2 zu Metacestodenvesikeln darauf schließen, dass beide Rezeptoren während einer Infektion an der Sensierung von BMP Signalen des Wirts beteiligt sein könnten…
• Alveolar echinococcosis is an important and dangerous parasitosis in humans which is caused by the larval stage of the fox-tapeworm E. multilocularis. Up to now, little is known about the molecular mechanisms of the interaction between the human host and the parasite. During recent years, evidence could be obtained that the host and the parasite communicate through evolutionary conserved signal systems. One of these is the TGF- β/BMP signal transduction system. TGF-β signal transduction components regulate basic processes ofAlveolar echinococcosis is an important and dangerous parasitosis in humans which is caused by the larval stage of the fox-tapeworm E. multilocularis. Up to now, little is known about the molecular mechanisms of the interaction between the human host and the parasite. During recent years, evidence could be obtained that the host and the parasite communicate through evolutionary conserved signal systems. One of these is the TGF- β/BMP signal transduction system. TGF-β signal transduction components regulate basic processes of development and differentiation in all animals such as proliferation, apoptosis and differentiation. The system consists of structurally related cytokines of the TGF-β (transforming growth factor β)/BMP (bone morphogenetic protein) family, transmembrane receptors of the TGF-β receptor family called the type I and type II receptor as well as intracellular signal transducers of the Smad family. So far different Echinococcus Smad factors (EmSmadA, EmSmadB, EmSmadC and EmSmadD) as well as three Echinococcus receptors of the type I family (EmRSK1, EmRSK2 and EmRSK3) have been identified. No member of the TGF-β type II receptor family has as yet been reported for E. multilocularis. In this study such a receptor, EmRSK4 (=TGF-β type II serine/threonine kinase receptor from Echinococcus multilocularis), has been identified and characterized. Gene expression studies and immunohistochemistry show that EmRSK4 and EmRSK1 (=TGF-β type I serine/threonine kinase receptor) are co-expressed together in the germinal layer of the parasitic metacestode. Studies on heterologously expressed receptors show that EmRSK4 is able to form a functionally active complex with EmRSK1 which is stimulated by host BMP2 and activates EmSmadB. Studies with EmRSK2 (=TGF-β type I serine/threonine kinase receptor) showed that a phosphorylation of EmSmadC is only detectable in the presence of both receptors, EmRSK2 and EmRSK4, while EmRSK2 does not require EmRSK4 for activating EmSmadA. Furthermore it could be shown that the inhibitor SB-431452 inhibits the kinase activity of EmRSK2. After addition of exogenous BMP2 to metacestode vesicles elevated phosphorylation of an as yet uncharacterized Smad-factor was detected, indicating that intact parasite vesicles are able to respond to exogenous host cytokines. Taken together the Co-expression of EmRSK1 and EmRSK4 in the germinal layer, the formation of a BMP responsive complex and the phosphorylation of at least onecellular factor after exogenous addition of host BMP2 to metacestode vesicles suggest that both receptors play a role in sensing of BMP signals during an infection.…