@phdthesis{Saleh2014, author = {Malek Saleh}, title = {Die Bedeutung der oberfl{\"a}chenlokalisierten Thioredoxin{\"a}hnlichen Lipoproteine Etrx1 und Etrx2 f{\"u}r die extrazellul{\"a}re oxidative Stressresistenz und Pathogenit{\"a}t von Streptococcus pneumoniae}, journal = {Impact of surface-exposed thioredoxin lipoproteins Etrx1 and Etrx2 on oxidative stress resistance and pathogenicity of Streptococcus pneumoniae}, url = {https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-001743-9}, year = {2014}, abstract = {Streptococcus pneumoniae (Pneumokokken) sind Gram-positive und Katalase-negative humanspezifische Kommensalen der oberen und unteren Atemwege. Diese Bakterien sind andererseits auch als schwere Krankheitserreger bekannt und verursachen bei verschiedenen Bev{\"o}lkerungsgruppen, wie beispielsweise Kindern, {\"A}lteren und immungeschw{\"a}chten Personen sowohl Atemwegs- als auch lebensbedrohliche invasive Erkrankungen wie eine ambulant erworbene Pneumonie, Meningitis und Sepsis. Pneumokokken haben aufgrund ihrer Besiedelung des Respirationstraktes effiziente Mechanismen entwickelt, um in einer sauerstoffreichen Nische {\"u}berleben zu k{\"o}nnen. Dabei richten sich die Mechanismen vor allem gegen reaktive Sauerstoffspezies (Reactive Oxygen Spezies, ROS), die einerseits als Abwehrfunktion des Wirts (oxidative burst) vom angeborenen Immunsystem und andererseits von den Pneumokokken selbst produziert werden, um als chemische Waffe zur Bek{\"a}mpfung bakterieller Konkurrenten in ihrem Habitat eingesetzt zu werden. In der vorliegenden Arbeit wurde ein hochkonserviertes Zwei-Operon-System, das f{\"u}r die extrazellul{\"a}re oxidative Stress-Resistenz in S. pneumoniae verantwortlich ist, identifiziert und auf pathophysiologischer sowie struktureller Ebene charakterisiert. Dieses komplexe System besteht aus zwei integralen Cytochrom C-{\"a}hnlichen Membranproteinen (CcdA1 und CcdA2), zwei Thioredoxin-{\"a}hnlichen Lipoproteinen (Etrx1 und Etrx2) und einer Methioninsulfoxid-Reduktase AB2 (MsrAB2). Die Etrx-Proteine werden zwar in zwei r{\"a}umlich voneinander getrennten Operonen kodiert, sind aber funktionell miteinander verbunden. Der Einfluss des Systems auf die Pathogenese der Pneumokokken wurde in Maus-Virulenz-Studien und Untersuchungen der Phagozytose unter Verwendung von isogenen Mutanten gezeigt. Sowohl in den in vivo als auch den in vitro Experimenten konnte gezeigt werden, dass der Verlust der Funktion beider Etrx-Proteine beziehungsweise der Methioninsulfoxid-Reduktase MsrAB2 die Virulenz der Pneumokokken stark reduziert. Hieraus resultierte eine erheblich verringerte Letalit{\"a}t des Wirts, eine beschleunigte bakterielle Aufnahme durch die Makrophagen sowie ein schnelleres Abt{\"o}ten der Pneumokokken durch eine oxidative Sch{\"a}digung von Oberfl{\"a}chen-lokalisierten Proteinen mittels Wasserstoffperoxid. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Etrx2 die Abwesenheit von Etrx1 und umgekehrt Etrx1 das Defizit von Etrx2 kompensieren kann. Durch Strukturaufkl{\"a}rung der beiden Thioredoxin-{\"a}hnlichen Proteine Etrx1 und Etrx2 sowie der Modellierung der beteiligten Komponenten CcdA und MsrAB2 konnte die Rolle jedes einzelnen Proteins dieses Systems (CcdA-Etrx-MsrAB2-System) bei der Reparatur besch{\"a}digter Oberfl{\"a}chen-lokalisierter Proteine in einem Modell dargestellt werden. Das postulierte Modell konnte {\"u}ber in vivo und in vitro Untersuchungen des Elektronentransfers innerhalb dieses Systems best{\"a}tigt werden. Mit der Bestimmung der Standardredoxpotentiale der rekombinanten Proteine Etrx1, Etrx2 und der Einzeldom{\"a}nen MsrA2 und MsrB2 konnte in vitro gezeigt werden, dass der Elektronenfluss in Richtung von Etrx1 und Etrx2 zu MsrAB2 erfolgen muss. Die direkte Elektronen{\"u}bertragung zwischen diesen Proteinen konnte in kinetischen Experimenten gezeigt werden. Die Messungen ergaben, dass Etrx1 bevorzugt mit der MsrA2-Untereinheit interagiert beziehungsweise Etrx2 sowohl mit der MsrA2-Untereinheit als auch mit der MsrB2-Untereinheit in Wechselwirkung treten kann. Der in vivo Redoxzustand von MsrAB2 wurde unter Verwendung der nicht-reduzierenden/reduzierenden „2D-Diagonal“-SDS-PAGE in den isogenen ccdA- und etrx-Mutanten bestimmt. Hierbei konnte ein Unterschied im Redoxzustand von MsrAB2 in den isogenen Einzelmutanten und Doppelmutanten von ccdA und etrx beobachtet werden. W{\"a}hrend in den Einzelmutanten der Elektronenfluss innerhalb des CcdA-Etrx-MsrAB2-Systems unver{\"a}ndert war, zeigte sich in den Doppelmutanten ccdA1/ccdA2 und etrx1/etrx2 eine deutliche Beeintr{\"a}chtigung der Elektronen{\"u}bertragung auf MsrAB2, welche sich in der Zunahme der oxidierten Form von MsrAB2 deutlich machte. Somit konnte der Elektronenfluss von sowohl von CcdA1 {\"u}ber Etrx1 zu MsrAB2 als auch von CcdA2 {\"u}ber Etrx2 zu MsrAB2 in vivo bet{\"a}tigt werden. In Anbetracht der Ergebnisse dieser Arbeit k{\"o}nnte das hochkonservierte CcdA-Etrx-MsrAB2-System der extrazellul{\"a}ren oxidativen Stress-Resistenz von S. pneumoniae zur Entwicklung proteinbasierter Pneumokokken-Impfstoffe und zum Angriffspunkt f{\"u}r Behandlungen gegen diese wichtigen humanpathogenen Erreger beitragen.}, language = {de} }