Doctoral Thesis
Bei dem gramnegativen Pathogen Burkholderia pseudomallei, auch bekannt als Erreger der âMelioidoseâ, handelt es sich um einen saprophytischen Bodenbewohner, der in den tropischen und subtropischen Regionen SĂŒdostasiens und Nordaustraliens endemisch verbreitet ist. Als fakultativ intrazellulĂ€rer Erreger ist B. pseudomallei neben einer Vielzahl nicht phagozytierender Zellen auch in professionellen Phagozyten zur Replikation fĂ€hig. In Makrophagen sind cytosolische NOD-like Rezeptoren (NLR) als Bestandteil der angeborenen Immunabwehr maĂgeblich an der Erkennung intrazellulĂ€rer Gefahrensignale beteiligt. Bei entsprechender Signalgebung wird durch Assemblierung eines als âInflammasomâ bezeichneten Multiproteinkomplexes die Rekrutierung und nachfolgende Autoaktivierung von Caspase-1 bewirkt. Nach Infektion mit B. pseudomallei geht die Aktivierung von Caspase-1 in Verbindung mit dem NOD-like Rezeptor Nlrp3 mit der Prozessierung und Sekretion der Cytokine IL-1ÎČ und IL-18 einher, wohingegen der Sensor Nlrc4 in erster Linie fĂŒr die Induktion einer inflammatorischen Form des Zelltodes namens âPyroptoseâ verantwortlich ist. Da der Knockout von Caspase-1 bei muriner Melioidose einen signifikanten Anstieg der MortalitĂ€tsrate nach sich zieht, sollten in der vorliegenden Arbeit Caspase-1-vermittelte Effektormechanismen gegenĂŒber B. pseudomallei nĂ€her untersucht werden. Infolge der Infektion muriner C57BL/6 Makrophagen mit B. pseudomallei wurde bereits 60 Minuten post infectionem eine Caspase-1 und -9-abhĂ€ngige Prozessierung von Caspase-7 sowie des DNA-Reparaturenzyms PARP deutlich. Als verantwortlicher Sensor ist hierbei der NOD-like Rezeptor Nlrc4 identifiziert worden. Obwohl in Caspase-1/11 knockout Makrophagen wĂ€hrend der FrĂŒhphase der Infektion keine Spaltprodukte der drei genannten Caspasen vertreten waren, konnte zu spĂ€teren Zeitpunkten eine massive Aktivierung der apoptotischen Caspasen-8, -9, -3 und -7 sowie der Stress-induzierten MAP-Kinasen JNK und p38 beobachtet werden. Vergleichende Proteomanalysen B. pseudomallei-infizierter C57BL/6 Makrophagen lieĂen ebenfalls eine verstĂ€rkte Expression proapoptotischer und proinflammatorischer SignalmolekĂŒle in Caspasen-1/11-defizienten Makrophagen erkennen. Im Gegensatz dazu wies der Knockout von Caspase-7 nach Infektion mit B. pseudomallei weder in vitro noch in vivo einen charakteristischen PhĂ€notyp auf. Im Vergleich zu B. pseudomallei konnte durch die Infektion mit der avirulenten Spezies Burkholderia thailandensis erst bei verhĂ€ltnismĂ€Ăig hohen Infektionsdosen eine sichtbare Prozessierung der Caspasen-1, -9 und -7 in C57BL/6 Makrophagen erreicht werden. DarĂŒber hinaus wurde trotz einem mit B. pseudomallei vergleichbaren Replikationsvermögen, ein geringeres MaĂ an Pyroptose in B. thailandensis - infizierten Makrophagen nachgewiesen. Zur Identifizierung, welche bakteriellen Komponenten von B. pseudomallei fĂŒr die Aktivierung von Caspase-1 verantwortlich sind, wurden zwei Deletionsmutanten der Bsa T3SS-Proteine BopE und BsaK hergestellt. Dem Bsa T3SS konnte in vorausgehenden Studien eine wesentliche Funktion fĂŒr die Virulenz von B. pseudomallei im Tiermodell zugeschrieben werden und dessen Bestandteile weisen Homologien zu den Inv/Mxi-Spa-Sekretionssystemen von S. typhimurium und S. flexneri auf. Die Aktivierung der Caspasen-1, -9 und -7 sowie die Spaltung von PARP wurde durch die Infektion muriner Makrophagen mit der Mutante des âinner rod proteinsâ BsaK vollstĂ€ndig aufgehoben, wohingegen die Mutagenese des Effektors BopE keinen Einfluss ausĂŒbte. Neben einer verminderten Freisetzung von LDH und IL-1ÎČ konnte dabei auch ein Anstieg der intrazellulĂ€ren Keimzahl in ÎBsaK-infizierten Makrophagen verzeichnet werden. DemgegenĂŒber fĂŒhrte die Verwendung einer Flagellin-Transposonmutante lediglich zu einer Reduktion der B. pseudomallei-induzierten Prozessierung der Caspase-1, -9 und -7 sowie der Spaltung von PARP. Mittels Ăberexpressionsstudien in HEK-293 Zellen konnte ferner die potentielle FĂ€higkeit des Bsa T3SS-Effektors BopE zur Aktivierung von Caspase-1 in AbhĂ€ngigkeit von der FunktionalitĂ€t der BopE-eigenen GEF-DomĂ€ne demonstriert werden. In verschiedenen in vivo Experimenten wurde gezeigt, dass ÎBsaK-infizierte BALB/c MĂ€use im Vergleich zum Wildtyp und in Verbindung mit geringen Keimzahlen in Lunge, Leber und Milz durch eine signifikant verminderte MortalitĂ€tsrate sowie eine Reduktion proinflammatorischer Mediatoren gekennzeichnet sind. Insgesamt betrachtet zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass BsaK, als strukturelle Komponente des Bsa Typ-III-Sekretionsapparates, in murinen Makrophagen sowohl fĂŒr die B. pseudomallei-induzierte Aktivierung der Caspasen-1, -9 und -7 durch das Nlrc4-Inflammasom als auch den nachfolgenden pyroptotischen Zelltod verantwortlich ist. Durch die Attenuierung der BsaK-Mutante im Mausmodell wird gleichzeitig die Bedeutung von Typ-III-Sekretionssystemen fĂŒr die Virulenz pathogener Bakterien unterstrichen.
Abirateron ist ein selektiver CYP17A1-Inhibitor und hemmt die Synthese von Steroiden wie Testosteron und Dihydrotestosteron. Molekulare Analysen an unserem PCa Zellkultur-Modell zeigten, dass Abirateron eine Hemmung der Androgen-Rezeptor(AR)-AktivitĂ€t bewirkte, die sowohl durch eine unterdrĂŒckte Expression des AR selbst als auch durch die Suppression AR-assoziierter Hitzeschock-Proteine (HSP) vermittelt wurde. Von besonderer Bedeutung waren die Analysen der AR-negativen Zelllinie PC-3 deren Proliferation unerwartet ebenso durch Abirateron gehemmt wurde. Diese Beobachtung lieĂ weitere, AR-unabhĂ€ngige Wirkmechanismen von Abirateron vermuten. So konnte gezeigt werden, dass Abirateron die Expression von Survivin unterdrĂŒckt, möglicherweise durch die Hemmung des Survivin-Bindungspartners HSP90, was eine AR-unabhĂ€ngige Reduktion der Zellzahl zur Folge hĂ€tte. Ein weiterer durch Abirateron regulierter Faktor ist die microRNA miR-1. Diese als Tumorsuppressor charakterisierte miR wurde in Gegenwart von Abirateron induziert und kann unabhĂ€ngig von der Steroid-Synthese-Hemmung das Wachstum der PCa-Zellen reduzieren. Die Analyse apoptotischer Mechanismen zeigte zudem die Induktion der pro-apoptotischen Faktoren p53, HSP60 und p21, was ebenfalls auf eine antiproliferative Abirateron-Wirkung unabhĂ€ngig von AR-Signalwegen hinweist. In der Gesamtheit zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass Abirateron nicht nur ein Inhibitor der Androgensynthese ist, sondern auch auf davon unabhĂ€ngige Signal- und Effektorkaskaden wirken kann, welche zu einer Reduktion des Zellwachstums fĂŒhren. Abirateron ist ein Ă€uĂerst wirksames Mittel zur Therapie des CRPC. Diese EffektivitĂ€t liegt möglicherweise in den vielfĂ€ltigen Wirkmechanismen begrĂŒndet und könnte die Applikation von Abirateron auch in frĂŒhen PCa-Stadien sinnvoll erscheinen lassen.