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Mechanisms of apoptosis regulation in human cells infected with Simkania negevensis

Mechanismen der Apoptoseregulation in Simkania negevensis infizierten Humanzellen

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-72098
  • Chlamydiales are obligate intracellular gram-negative bacteria that have gained high medical relevance. These important human pathogens cause diverse diseases including trachoma and wide spread sexually transmitted diseases. Chlamydia establishes membrane bound inclusions in the host cell and loots the host for nutritional requirements. Infections are usually recognized by the host immune system and eliminated systematically, by triggering apoptosis. However, the pathogen Chlamydia has evolved various strategies to prevent the detection as wellChlamydiales are obligate intracellular gram-negative bacteria that have gained high medical relevance. These important human pathogens cause diverse diseases including trachoma and wide spread sexually transmitted diseases. Chlamydia establishes membrane bound inclusions in the host cell and loots the host for nutritional requirements. Infections are usually recognized by the host immune system and eliminated systematically, by triggering apoptosis. However, the pathogen Chlamydia has evolved various strategies to prevent the detection as well as protect the invaded cell against apoptosis or any other form of cell death. The evolutionary conservation of cell death regulation has not been investigated in the order Chlamydiales, which also includes Chlamydia-like organisms with a broader host spectrum. The present study was aimed at investigating the apoptotic response of human cells infected with the Chlamydia-like organism Simkania negevensis (Sn). Simkania infected cells exhibited strong resistance to apoptosis induced by intrinsic stress or by the activation of cell death receptors. Apoptotic signaling was blocked upstream of mitochondria since Bax translocation, Bax and Bak oligomerisation and cytochrome c release were absent in these cells. Caspases were differentially regulated upon Sn infection. Caspase-3 and -9 were not activated upon Sn infection and apoptosis induction; whereas caspases-8 was activated in Sn infected cells even without apoptosis induction. This indicates that, Sn utilizes death receptor association independent caspase activation for thriving in the host environment. Infected cells turned on pro-survival pathways like cellular Inhibitor of Apoptosis Proteins (IAP-1/2 and XIAP) and the Akt/PI3K pathway. Sn infection also 20 activated the pro-survival transcription factor NF-кB. Blocking any of these survival pathways sensitized the infected host cell towards apoptosis induction, demonstrating their role in infection-induced apoptosis resistance. The NF-кB mutant cells also showed reduced infectivity of Sn, which indicated an essential role of NF-кB in Sn infection. It was interesting to observe that, Acanthamoeba castellanii, a natural host of Sn, survived maintaining its trophozoite forms after infection with Sn upon starvation. The metacaspases, responsible for encystment could be regulated by Sn upon infection. This suggests an early level of gene regulation indicating how the pathogen evolved its ability to inhibit apoptosis in higher organisms. The resistance to apoptosis pathways subverted in Sn-infected cells was similar but not identical to those modulated by Chlamydia. Together, the data supports the hypothesis of evolutionary conserved signaling pathways to apoptosis resistance as common denominators in the order Chlamydiales.show moreshow less
  • Vertreter der Ordnung Chlamydiales sind obligat intrazelluläre gram-negative Bakterien mit einer zunehmenden medizinischen Relevanz. Diese Humanpathogene lösen verschiedene Krankheiten aus, unter anderem Blindheit und sexuell übertragbare Krankheiten. Chlamydia führt zur Ausbildung einer Membranumschlossenen Inklusion innerhalb der Wirtszelle und entzieht dem Wirt die nötigen Nährstoffe. Infektionen können vom Immunsystem des Wirts erkannt und systematisch mittels Apoptose bekämpft werden. Chlamydia hat jedoch verschiedene Strategien entwickeltVertreter der Ordnung Chlamydiales sind obligat intrazelluläre gram-negative Bakterien mit einer zunehmenden medizinischen Relevanz. Diese Humanpathogene lösen verschiedene Krankheiten aus, unter anderem Blindheit und sexuell übertragbare Krankheiten. Chlamydia führt zur Ausbildung einer Membranumschlossenen Inklusion innerhalb der Wirtszelle und entzieht dem Wirt die nötigen Nährstoffe. Infektionen können vom Immunsystem des Wirts erkannt und systematisch mittels Apoptose bekämpft werden. Chlamydia hat jedoch verschiedene Strategien entwickelt um der Erkennung durch das Immunsystem zu entgehen und um ihre Wirtszelle vor dem Zelltod zu schützen. Ob die Fähigkeit den Zelltod der Wirtszelle zu regulieren evolutionär innerhalb der Ordnung der Chlamydiales, welche auch Chlamydia-ähnliche Organismen mit einem breiteren Wirtsspektrum beinhalten, konserviert ist wurde bislang noch nicht untersucht. In dieser Arbeit wurde das apoptotische Verhalten humaner mit dem Chlamydia-ähnlichen Organismus Simkania negevensis (Sn) infizierter Zellen untersucht. Mit Simkanien infizierte Zellen zeigen eine starke Apoptose-Resistenz, unabhängig ob diese über intrinsischen Stress oder durch die Aktivierung von Todesrezeptoren ausgelöst wurde. Die Apoptose-Signalkaskade wurde vor den Mitochondrien blockiert, da es weder zu einer Bax Translokation, Bax und Bak Oligomerisierung noch zur Cytochrom c Freisetzung in den infizierten Zellen kam. Auch Caspasen zeigten eine veränderte Regulation. Die Caspase-3 und -9 wurden während einer Sn-Infektion und Apoptose-Induktion nicht aktiviert. Die Caspase 8 jedoch ist während der Sn-Infektion unabhängig von einer Apoptose-Induktion aktiv. Diese Tatsache lässt vermuten, dass Sn sich eines von den Todesrezeptoren 22 unabhängigen Mechanismus der Caspaseaktivierung bedienen um in der Wirtzelle zu verbleiben. Infizierte Zellen zeigen eine Aktivierung verschiedener antiapoptotischer Signalwege wie der der Inhibitor of Apoptotis Proteins (IAP1/2 and XIAP)- und den Akt/PI3K Signalweg. Durch eine Sn-Infektion kommt es außerdem zur Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-kB. Wird einer dieser Überlebenssignalwege blockiert zeigen die infizierten Wirtszellen eine erhöhte Sensitivität gegenüber einer Apoptoseinduktion, was wiederum die zentrale Rolle der infektionsvermittelten Apoptoseresistenz aufzeigt. Eine Zelllinie mit mutiertem NF-kB zeigte eine verminderte Infektiosität von Sn, was die zentrale Rolle von NF-kB in der Sn-Infektion unterstreicht. Infektionsversuche mit Sn und dessen natürlichem Wirt Acanthamoeba castellanii zeigten, dass diese im Sn-infizierten Stadium die Aufrechterhaltung ihrer Trophozyten-Form nach Nährstoffmangel überlebten. Die Metacaspasen, welche für die Einkapselung verantwortlich sind konnten durch eine Sn-Infektion reguliert werden. Dies weist auf ein frühes Stadium der Genregulation hin und lässt vermuten wie die Pathogene die Fähigkeit zur Apoptose-Inhibition höherer Organismen erlangt haben könnten. Die durch eine Sn-Infektion vermittelte Resistenz der Wirtszelle gegenüber Apoptose-Signalwegen ist ähnlich, jedoch nicht identisch zu der durch Chlamydia vermittelten Resistenz. Diese Ergebnisse unterstützen die Hypothese eines evolutionär konservierten Signalwegs der Apoptoseresistenz als allgemeiner Nenner in der Ordnung der Chlamydiales.show moreshow less

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Metadaten
Author: Karthika Karunakaran
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-72098
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Fakultät für Biologie
Faculties:Fakultät für Biologie / Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Date of final exam:2012/07/17
Language:English
Year of Completion:2012
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 570 Biowissenschaften; Biologie
GND Keyword:Apoptosis; Simkania Negevensis
Tag:Apoptose; Simkania Negevensis
Apoptosis; Simkania Negevensis
Release Date:2012/07/23
Advisor:Prof. Dr. Thomas Rudel
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht