TY  - THES
A1  - Galmbacher, Katharina Monika
T1  - Caspase-1 as a target of bacterial tumor therapy
T1  - Caspase-1 als Angriffsziel bakterieller Tumortherapie
N2  - Tumorstroma und Tumor-assoziierte Makrophagen (TAMs) spielen in neoplastischen Erkrankungen eine wichtige Rolle im Bezug auf Tumorwachstum und Progression. In einigen Krebsarten besteht zwischen den Tumor-assoziierten Makrophagen und den Krebszellen eine intensive Interaktion, welche zu vermehrter Angiogenese und zur Unterdrückung lokaler Immunantworten führt. Aus diesem Grund stellen TAMs einen vielversprechenden Angriffspunkt für eine Krebstherapie da. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass intrazelluläre Bakterien wie Salmonella und Shigella hauptsächlich TAMs im Tumorgewebe infizierten. Um dieses Verhalten näher zu untersuchen, konstruierten wir einen im Wachstum abgeschwächten Shigella Stamm, welcher jedoch noch die Fähigkeit hat, Apoptose in Makrophagen zu induzieren. Shigellen sind invasive Bakterien, die in das Darmgewebe einwandern und dort eine massive Inflammation induzieren. Intrazelluläre Shigellen aktivieren Caspase-1 und induzieren dadurch Apoptose in Makrophagen durch den sekretierten Virulenzfaktor IpaB. Durch eine Deletion des genomischen aroA-Gens, wurde ein Shigella Stamm konstruiert, der Defekte im intrazellulären Wachstum aufweist. Dennoch war dieser Stamm noch fähig eukaryotische Zellen zu infizieren, sich interzellulär fortzubewegen, Caspase-1 zu aktivieren und Apoptose in Makrophagen zu induzieren. Es wurde gezeigt, dass dieser Shigellen Stamm nach i.v. Injektion hauptsächlich die TAMs im 4T1-induzierten und transgenen MMTV-HER2/neu Brustkrebsmodel infizieren. Diese attenuierten Shigellen wurden im Tumorgewebe hauptsächlich intrazellulär detektiert, im Gegensatz dazu wurden attenuierte Salmonellen zu späten Zeitpunkten (7 d p.i.) auch extrazellulär im Tumorgewebe aufgefunden. Der metabolisch aber nicht in der Virulenz attenuierte Shigella Stamm konnte in beiden Brustkrebsmodellen zu allen Zeitpunkten (4 h, 6h and 7 d p.i.) Caspase-1 in TAMs aktivieren und Apoptose induzieren. Diese Apoptose führte in beiden Brustkrebsmodellen zu einer langandauernden und hoch signifikanten Reduktion der TAMs-Anzahl (bis zu 70 %). Im Gegensatz dazu konnten Salmonellen nur zu frühen Zeitpunkten (6 h p.i.) Apoptose in TAMs induzieren und dies führte in beiden Modellen zu keiner Reduzierung der TAMs-Anzahl. In dem 4T1-induzierten Tumormodel wurden die Mäuse mit dem attenuierten Shigella Stamm behandelt, was zu einer kompletten Blockierung des Tumorwachstums führte, dies traf aber nicht für den avirulenten Stamm zu. Darüberhinaus infizierte Shigella hauptsächlich die Makrophagen Fraktion eines Ovarkarzinoms ex vivo und induzierte in diesen Zellen Caspase- 1 Aktivierung und Apoptose. Zusammenfassend zeigen diese Daten, dass im Wachstum attenuierte intrazelluläre Bakterien dazu fähig sind Apoptose in TAMs zu induzieren. Dadurch werden sie zu einem vielversprechenden Therapeutikum zur Behandlung von betimmten Krebserkrankungen, bei denen TAMs eine erwiesene Rolle im Tumorwachstum und der Tumorprogression spielen.
N2  - In neoplastic diseases the tumor stroma and especially tumor-associated macrophages (TAMs) play an important role in tumor growth and progression. TAMs exhibit an intensive cross-talk with tumor cells resulting in the promotion of angiogenesis and the inhibition of local protective immune responses in certain tumor entities. Therefore, TAMs are a potential target for tumor therapy. Here it was shown that intravenously applied intracellular bacteria like Salmonella and Shigella primarily target TAMs. To exploit this feature a growth attenuated Shigella strain with the capacity to induce apoptosis in macrophages was designed. Shigella are invasive bacteria that penetrate the colonic tissue and initiate an acute inflammation. In macrophages, Shigella rapidly induces caspase-1 processing and apoptosis via the virulence factor IpaB. By genomic deletion of the aroA-locus a metabolically attenuated strain defective in intracellular growth but with retained capacity of infection, cell-to-cell spread, caspase-1 processing and apoptosis induction in macrophages was designed. It was shown that this strain primarily targets TAMs in 4T1 cell induced and transgenic MMTV-HER2/new breast cancer models. Shigella were almost exclusively found intracellularly, whereas growth attenuated Salmonella were also found extracellularly at late time points. The metabollically attenuated Shigella strain with retained virulence, but not avirulent Shigella strains, was able to activate caspase-1 and induce apoptosis in TAMs at all time points (4 h, 6 h and 7 d p.i.) in both breast cancer models. This unrestricted apoptosis induction translated into a substantial, long-lasting and highly significant reduction of TAMs number (up to 70 %) in both models. In contrast, Salmonella could only induce apoptosis in TAMs at early time points (6 h p.i.) and failed to reduce TAMs in both models. In the 4T1 model, the effect on tumor size was monitored and treatment of the mice with the attenuated Shigella strain resulted in a complete block of tumor growth. Finally, Shigella primarily infected the macrophage fraction, activated caspase-1 and induced apoptosis in cells derived from a human ovarian carcinoma ex vivo. Taken together, this data suggests that growth attenuated intracellular bacteria capable of inducing apoptosis in TAMs are a promising therapeutic option for certain cancer diseases where TAMs have a proven role for tumor growth or progression.
KW  - Shigella flexneri
KW  - Makrophage
KW  - Apoptosis
KW  - Caspase-1
KW  - bacterial tumor therapy
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-33506
ER  - 
TY  - THES
A1  - Tawk [Taouk], Caroline S.
T1  - The role of host-stress in the infection by the bacterial pathogen \(Shigella\) \(flexneri\)
T1  - Die Rolle von Wirtszellstress in der Infektion mit dem bakteriellen Krankheiserreger \(Shigella\) \(flexneri\)
N2  - The human-bacterial pathogen interaction is a complex process that results from
a prolonged evolutionary arms race in the struggle for survival. The pathogen employs
virulence strategies to achieve host colonization, and the latter counteracts using defense
programs. The encounter of both organisms results in drastic physiological changes
leading to stress, which is an ancient response accompanying infection. Recent evidence
suggests that the stress response in the host converges with the innate immune pathways
and influences the outcome of infection. However, the contribution of stress and the exact
mechanism(s) of its involvement in host defense remain to be elucidated. Using the model
bacterial pathogen Shigella flexneri, and comparing it with the closely related pathogen
Salmonella Typhimurium, this study investigated the role of host stress in the outcome of
infection.
Shigella infection is characterized by a pronounced pro-inflammatory response
that causes intense stress in host tissues, particularly the intestinal epithelium, which
constitutes the first barrier against Shigella colonization. In this study, inflammatory
stress was simulated in epithelial cells by inducing oxidative stress, hypoxia, and cytokine
stimulation. Shigella infection of epithelial cells exposed to such stresses was strongly
inhibited at the adhesion/binding stage. This resulted from the depletion of sphingolipidrafts
in the plasma membrane by the stress-activated sphingomyelinases. Interestingly,
Salmonella adhesion was not affected, by virtue of its flagellar motility, which allowed the
gathering of bacteria at remaining membrane rafts. Moreover, the intracellular replication
of Shigella lead to a similar sphingolipid-raft depletion in the membrane across adjacent
cells inhibiting extracellular bacterial invasion.
Additionally, this study shows that Shigella infection interferes with the host stress
granule-formation in response to stress. Interestingly, infected cells exhibited a nuclear
depletion of the global RNA-binding stress-granule associated proteins TIAR and TIA-1
and their accumulation in the cytoplasm.
Overall, this work investigated different aspects of the host stress-response in the
defense against bacterial infection. The findings shed light on the importance of the host
stress-pathways during infection, and improve the understanding of different strategies
in host-pathogen interaction.
N2  - Die Interaktion von Mensch und bakteriellem Krankheitserreger ist ein komplexer Prozess, der aus dem anhaltenden evolutionären Wettrüsten im Kampf ums Überleben resultiert. Der Erreger setzt Virulenzstrategien zur Kolonisierung des Wirtes ein und dieser nutzt Verteidigungsprogramme um dem entgegenzuwirken. Die Begegnung der beiden Organismen resultiert in drastischen physiologischen Veränderungen, welche zu Stress führen, der eine klassische infektionsbegleitende Reaktion ist. 
Neuere Untersuchungen deuten darauf hin, dass die Stressantwort des Wirtes mit den Signalwegen der angeborenen Immunantwort konvergiert und im Ergebnis die Infektion beeinflusst. Jedoch bleiben die Bedeutung des Stresses und der exakte Mechanismus wie Stress an der Verteidigung des Wirtes beteiligt ist, noch zu klären. In dieser Studie dienten der bakterielle Krankheitserreger Shigella flexneri und vergleichend dazu der nah verwandte Erreger Salmonella Typhimurium als Modellorganismen, um die Rolle von Wirtszellstress für den Ausgang der Infektion zu untersuchen.
Die Infektion mit Shigellen ist durch eine ausgeprägte pro-inflammatorische Reaktion gekennzeichnet. Diese versursacht in den Wirtsgeweben, insbesondere im Darmepithel, einen starken Stress, der die erste Barriere gegen die Besiedelung mit Shigellen darstellt. In der vorliegenden Arbeit wurde entzündlicher Stress in Epithelzellen durch die Induktion von oxidativem Stress, Hypoxie und Zytokinstimulation simuliert. Die Shigelleninfektion von Epithelzellen, die solchen Belastungen ausgesetzt waren, war stark im Adhäsions-/ Bindungsstadium gehemmt. Dies resultierte aus der Verarmung von Sphingolipidflößen in der Plasmamembran durch stressaktivierte Sphingomyelinasen. Interessanterweise wurde die Adhäsion von Salmonellen, aufgrund ihrer Flaggellenvermittelten Beweglichkeit, nicht beeinträchtigt und ermöglichte so die Ansammlung von Bakterien an den verbleibenden Membranflößen. Darüber hinaus führte die intrazelluläre Replikation von Shigellen zu einer ähnlichen Verminderung von Sphingolipidflößen in der Membran benachbarter Zellen, wodurch die extrazelluläre bakterielle Invasion gehemmt wurde.
Zusätzlich zeigt diese Studie, dass eine Infektion mit Shigellen mit der Bildung von Stressgranula in der Wirtszelle interferiert. Interessanterweise zeigten infizierte Zellen eine nukleäre Depletion der globalen RNA-bindenden und Stressgranula assoziierten Proteine TIAR und TIA-1 sowie deren Akkumulation im Zytoplasma.
Insgesamt untersuchte diese Arbeit verschiedene Aspekte der Stressreaktion der Wirtszelle bei der Verteidigung gegen bakterielle Infektionen. Die Ergebnisse beleuchten die Bedeutung der Stresssignalwege im Wirt während der Infektion und verbessern das Verständnis der verschiedenen Strategien in der Interaktion von Wirt und Krankheitserreger.
KW  - Shigella flexneri
KW  - Angeborene Immunität
KW  - Stress
KW  - Host-pathogen interaction
KW  - Innate immunity
KW  - Bacterial infection
KW  - Host defense
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-151107
ER  -