Interaktion von Neisseria meningitidis mit den Zellen der menschlichen Blut-Hirn/Liquor-Schranke

Interaction of Neisseria meningitidis with human brain-derived endothelial cells

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-15131
  • Ein zentrales Ereignis in der Pathogenese einer bakteriellen, durch Neisseria menigitidis verursachten Meningitis stellt die Interaktion der Bakterien mit den Zellen der menschlichen Blut-Hirn/Liquor-Schranke dar. In der vorliegenden Arbeit konnten in Infektionsversuchen mit immortalisierten HBMEC-Zellen als etabliertem in-vitro Modell des okklusiven menschlichen Hirnendothels und N. meningitidis Isolaten unterschiedlicher klonaler Linien Pathomechanismen für die Interaktion von Meningokokken mit dem Endothel der menschlichenEin zentrales Ereignis in der Pathogenese einer bakteriellen, durch Neisseria menigitidis verursachten Meningitis stellt die Interaktion der Bakterien mit den Zellen der menschlichen Blut-Hirn/Liquor-Schranke dar. In der vorliegenden Arbeit konnten in Infektionsversuchen mit immortalisierten HBMEC-Zellen als etabliertem in-vitro Modell des okklusiven menschlichen Hirnendothels und N. meningitidis Isolaten unterschiedlicher klonaler Linien Pathomechanismen für die Interaktion von Meningokokken mit dem Endothel der menschlichen Blut-Hirn/Liquor-Schranke identifiziert werden. Diese unterscheiden sich von jenen Pathomechanismen, die die Interaktion von Meningokokken und Epithelzelllinien bzw. peripheren Endothelzellen bestimmen. Die untersuchten hypervirulenten klonalen Linien ST-32, ST-11 und ST-1 zeigen in-vivo signifikante Unterschiede in ihrem Ausbreitungsverhalten und meist unterschiedliche Krankheitsverläufe. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit lassen vermuten, dass die molekularen Mechanismen der Adhärenz und Invasion von N. meningitidis Serogruppe A, B und C Isolaten in ihrer Abhängigkeit von Außenmembrankomponenten und externen Faktoren differieren. Die Invasion von Serogruppe B Meningokokken konnte in Infektionsversuchen mit dem Serogruppe B Stamm MC58 als repräsentativem Vertreter der hypervirulenten klonalen Linie ST-32 als Folge einer trifaktoriellen Interaktion mit den Zellen der menschlichen Blut-Hirn/Liquor-Schranke identifiziert werden: (I) Die Internalisierung der Serogruppe B Isolate in HBMEC-Zellen ist von der Expression des Außenmembranproteins Opc sowie (II) von der Anwesenheit des Serumglykoproteins Fibronektin abhängig, das als invasionsfördernde Komponente humanen Serums die Bindung von Meningokokken an spezifische Rezeptoren auf HBMEC-Zellen vermittelt. Fibronektin bindet (III) als Brückenmolekül an RGD-Bindungsmotive der 51-Integrine auf HBMEC-Zellen. Diese stellen spezifische Rezeptoren der Fibronektin-vermittelten Invasion Opc-exprimierender Serogruppe B Meningokokken in zerebrale menschliche Hirnendothelzellen dar. Weder für Serogruppe A noch für Serogruppe C Meningokokken konnte in der vorliegenden Arbeit eine Serum-vermittelte Invasion in HBMEC-Zellen beschrieben werden. Als ursächlich können die natürlicherweise fehlende Opc-Expression durch Isolate des ST-11 Komplexes sowie eine ausgeprägte Variabilität der Opc-Expression durch die analysierten ST-1 Isolate diskutiert werden. Die wesentliche Bedeutung der Zytoskelettfunktion für die Invasion von N. meningitidis in HBMEC-Zellen konnte in Infektionsversuchen mit eukaryontischen Zytoskelettinhibitoren nachgewiesen werden. Mikrofilamente und Mikrotubuli als Elemente des Zytoskeletts wurden als essentielle Komponenten einer effizienten Internalisierung Opc-exprimierender Serogruppe B Meningokokken in HBMEC-Zellen identifiziert.show moreshow less
  • A central step in the pathogenesis of bacterial meningitis caused by Neisseria meningitidis is the interaction of the bacteria with the endothelium of the human blood-brain barrier (BBB). In the present study, we analysed the invasive potential of three strains representing hypervirulent lineages of the ST-32, ST-11 and ST-1 complex in human brain-derived endothelial cells (HBMECs) and revealed evidence for unique molecular mechanisms of the interaction of meningococci with endothelial cells of the blood-brain barrier. These mechanisms differA central step in the pathogenesis of bacterial meningitis caused by Neisseria meningitidis is the interaction of the bacteria with the endothelium of the human blood-brain barrier (BBB). In the present study, we analysed the invasive potential of three strains representing hypervirulent lineages of the ST-32, ST-11 and ST-1 complex in human brain-derived endothelial cells (HBMECs) and revealed evidence for unique molecular mechanisms of the interaction of meningococci with endothelial cells of the blood-brain barrier. These mechanisms differ from those determining the interaction of meningococci and epithelial respectively periperal endothelial cells. Isolates of the clonal lineages ST-32, ST-11 and ST-1 showed significant differences in the interaction with HBMECs corresponding to the diversity in the severity of disease caused by the different meningococcal lineages. Our data suggest an implication of outer membrane proteins and serum components on adherence and invasion of N. merningitidis serogroup A, B and C isolates. Invasion of serogroup B strain MC58 as a representative strain of the clonal lineage of the ST-32 complex presented as the result of a trifactoriell interaction with the cells of the BBB: (I) The internalization of serogroup B isolates depends both on the expression of the opc gene as well as (II) on the presence of human serum fibronectin. Fibronectin, serving as a bridging molecule, binds (III) through an RGD sequence motif to 51 integrins expressed on the surface of HBMECs. he latter were proven to serve as specific receptors of the fibronectin mediated internalization of Opc-expressing serogroup B meningococci into endoithelial cells of the BBB. However, the uptake of serogroup A and C meningococci did not depend on the presence of human serum. This might be due to the lack of the opc gene in ST-11 complex strains as well as a highly variabel expression of the outer membrane protein Opc by the analyzed ST-1 complex isolates. Inhibition assays using Colchizin and Cytochalasin D as potent inhibitors of eucaryontic cytoskeleton revealed the importance of an intact cytoskeleton function for the internalization of N. meningitidis into HBMEC cells.show moreshow less

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Metadaten
Author: Kirsten Latsch
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-15131
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Medizinische Fakultät
Faculties:Medizinische Fakultät / Institut für Hygiene und Mikrobiologie
Date of final exam:2005/10/18
Language:German
Year of Completion:2005
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 610 Medizin und Gesundheit
Tag:Außenmembranprotein Opc; Blut-Hirn-Schranke; Fibronektin; Neisseria meningitidis; alpha5 beta1-Integrinrezeptor
Neisseria meningitidis; alpha5 beta1-integrin receptor; blood-brain barrier; fibronectin; outer membrane proteine Opc
Release Date:2005/10/21
Advisor:Dr. med. Alexandra Schubert-Unkmeir