Authors:	Hoven, Gisela von
Title:	Induktion von Pro-Autophagie-Signalen durch einen extra- oder intrazellulären Alpha-Toxin-Angriff
Online publication date:	19-Mar-2013
Year of first publication:	2013
Language:	german
Abstract:	Autophagie ist ein konservierter, kataboler Mechanismus in allen eukaryoten Zellen. Unter anderem wird ihm eine wichtige Rolle als zellautonomer Abwehrmechanismus gegen Mikroorganismen zugeschrieben; von manchen Infektionserregern wird er jedoch unterlaufen oder sogar genutzt. Der stärkste Auslöser der Autophagie ist ein Mangel an Nährstoffen, insbesondere Aminosäuren. Über die Deaktivierung der Kinase mTORC1 und die Phosphorylierung des eukaryoten Translationsinitiationsfaktors eIF2α hemmt die Nährstoffknappheit die Proteinbiosynthese und aktiviert gleichzeitig Autophagie. Wie Mikroorganismen, insbesondere Bakterien, Autophagie auslösen oder manipulieren, ist derzeit Gegenstand intensiver Forschung. Modifikationen an Mikroben oder Phagosomen und Adapterproteine, die diese Veränderungen und Komponenten des Autophagieapparates erkennen, scheinen jedenfalls bei der selektiven Erkennung durch die Autophagie-Maschinerie wichtig zu sein. \r\nIn der vorliegenden Dissertationsarbeit wird die Rolle des membranporenbildenden α-Toxins von Staphylococcus aureus für die Induktion von Autophagie beleuchtet. Zum einen erwies sich die Akkumulation von (EGFP)-LC3(II), einem Marker der Autophagosomen, um intrazelluläre S. aureus als abhängig von α-Toxin. Zweitens, genügt extrazellulär appliziertes α-Toxin um (EGFP)-LC3(II)-positive Endosomen zu induzieren. Während der Angriff aus dem extrazellulären Raum jedoch binnen kurzer Zeit eine fokale Kumulation von phosphoryliertem eIF2α an der Plasmamembran induziert, die an der Internalisierung des Toxins beteiligt ist, findet sich am phagosomalen Kompartiment keine Toxin-abhängige Anhäufung von p-eIF2α oder proximalen Autophagieregulatoren. Dies impliziert, dass Toxin-Angriff auf die Plasmamembran, nicht aber auf das Phagosom, zu einer Reaktion führt, wie sie bei massivem Nährstoffmangel zu beobachten ist. Obwohl keine α-Toxin-abhängige Kumulation von p-eIF2α bei einem Angriff aus dem Phagosom erfolgt, findet sich um α-Toxin-produzierende Bakterien eine massive Kumulation von LC3 und Adapterprotein p62/Sequestosome1. Dies deutet daraufhin, dass der Ort des Angriffs - Plasmamembran oder Phagosom – für den Autophagie-induzierenden Mechanismus wichtig sein könnte. Der unterschiedliche Effekt auf die zellulären Ionenkonzentrationen, den ein Angriff auf die Plasmamembran oder auf ein Phagosom auslösen würde, bietet hierfür eine mögliche Erklärung. Die Aktivierung der Autophagie über Adapterproteine könnte dann als back-up Mechanismus fungieren, der auch dann greift, wenn eine Invasion ohne Schädigung der Plasmamembran erfolgt. Ein cross-talk der beiden Induktionswege ist angesichts der Bedeutung von p62 für die selektive und die Hunger-assoziierte Autophagie gut möglich; sezerniertes Toxin könnte durch die Aktivierung der basalen Autophagie Adapter-basierte Mechanismen verstärken. Autophagy is a conserved catabolic mechanism present in all eukaryotic cells and is thought to play an important role in the cell autonomous defense against microorganisms. However, some of these microorganisms are able to circumvent or even exploit this mechanism to their advantage. The strongest trigger for autophagy is nutrient starvation, especially depletion of amino acids. By deactivation of the mTORC1 kinase and phosphorylation of the eukaryotic translation initiation factor elF2α, this lack of nutrients inhibits protein biosynthesis and at the same time activates autophagy. Exactly how microorganisms and particularly bacteria trigger and manipulate autophagy is presently the subject of intensive research. In any event, microbial or phagosomal modifications as well as adapter proteins, which are able to recognize these changes and components, seem to be significant for the selective recognition by the autophagy machinery.This dissertation examines the role of the membrane pore-forming α-toxin of Staphylococcus aureus in the induction of autophagy. For a start, accumulation of ( EGFP)-LC3(II), a marker of autophagosomes, around intracellular S. aureus proved to be dependent on α-toxin. Secondly, extracellularly applied α-toxin is sufficient to induce (EGFP)-LC3(II)-positive endosomes. While extracellular attack quickly leads to a focal accumulation of phosphorylated elF2α at the plasma membrane, which is involved in the uptake of the toxin, no toxin-dependent accumulation of p-elF2α or proximal autophagy regulators can be observed at the phagosomal compartment. This implies that toxin attack on the plasma membrane but not on the phagosome leads to such a reaction as is observed during acute nutrient deficiency. Even though no toxin-dependent buildup of p-elF2α occurs during phagosomal attack, a massive accumulation of LC3 and adaptor protein p62/sequestostome1 can be found around α-toxin producing bacteria. This suggests that the site of attack – plasma membrane or phagosome – could play an important role in the autophagy-inducing mechanism. A possible explanation for this might be the different effect on the cellular ionic concentrations caused by an attack on either the plasma membrane or the phagosome. Activation of autophagy via adaptor proteins could function as a back-up mechanism that also takes effect when the cell is invaded without damage to the plasma membrane. Due to the relevance of p62 for selective and starvation-associated autophagy, a cross-talk between the two triggers might well be possible; secreted toxin could – by activating basal autophagy – enhance adapter-based mechanisms.
DDC:	570 Biowissenschaften 570 Life sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 10 Biologie
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-4414
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-33901
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	186 S.
Appears in collections:	JGU-Publikationen