Für die schnelle Abwehr gegen krankmachende Bakterien sind die Makrophagen, sogenannte Fresszellen, von entscheidender Bedeutung. Durch den Fressvorgang (Phagozytose) nehmen Makrophagen die Bakterien in sich auf und töten sie durch Verdauungsenzyme ab. Einige Bakterienarten wie zum Beispiel der Lebensmittelerreger Listeria monocytogenes haben sich allerdings darauf spezialisiert, der Abtötung im Makrophagen zu entgehen und die Zelle stattdessen zur Vermehrung und Ausbreitung im Körper zu nutzen.
„Wir konnten jetzt einen neuen Mechanismus zeigen, der bei der Abtötung von Listerien eine wichtige Rolle spielt. Dabei handelt es sich um eine spezialisierte Form der Phagozytose, die schon gleich bei der Aufnahme der Bakterien offenbar wichtige Weichen stellt für das weitere Schicksal von Wirtszelle und eingedrungenem Bakterium“, erklärt Dr. Michael Schramm, Leiter der Arbeitsgruppe.
Kennzeichnend für diese Sonderform der Phagozytose ist ein zytoplasmatisches Protein, das sogenannte Mikrotubulus-assoziiertes Protein 1/Leichte Kette 3B (Kurzform: LC3). „Wie wir jetzt gezeigt haben, begünstigt die Anwesenheit von LC3 die Fusion der die phagozytierten Listerien enthaltenden Vesikel, sogenannten Phagosomen, mit Verdauungsenzyme-enthaltenden Vesikeln, den Lysosomen. Der dadurch beschleunigte Transfer von lysosomalen Verdauungsenzymen in das Phagosom ist für eine effektive Abtötung der Listerien durch Makrophagen entscheidend“, so Dr. Schramm.
Ein genetischer Defekt für die LC3-assoziierte Phagozytose führt daher zu einem verbesserten Überleben der Listerien im Makrophagen und damit zur unkontrollierten Vermehrung der Bakterien und Ausbreitung der Infektion. Wie die Makrophagen die LC3-assoziierte Phagozytose gegen Listerien zum Einsatz bringen, konnte die Arbeitsgruppe ebenfalls näher beleuchten. Für die Beteiligung von LC3 an der Phagozytose von Listerien ist ein spezifisches Zelloberflächenmolekül, das ß2-Integrin Mac-1, verantwortlich. Über eine komplexe Kette von Signalen sorgt Mac-1 dafür, dass die Listerien im Phagosom reaktiven Sauerstoffspezies ausgesetzt werden. Diese hochreaktiven Sauerstoffradikale helfen in doppelter Hinsicht bei der Abtötung der im Phagosom befindlichen Listerien: Sie können die Listerien direkt schädigen und sie verbessern über die Rekrutierung von LC3 zum Phagosom zusätzlich noch die Fusion mit Lysosomen und damit den Transfer von Verdauungsenzymen.
„Unsere Forschungsarbeiten haben mit der LC3-assoziierten Phagozytose einen wichtigen Mechanismus identifiziert, über den Makrophagen die Vermehrung von Listerien massiv einschränken und so eine unkontrollierte Infektion des ganzen Organismus verhindern können. Vor dem Hintergrund der in besorgniserregendem Tempo zunehmenden Antibiotika-Resistenz von Bakterien, gewinnen solche Erkenntnisse zu den Abwehrleistungen unseres Immunsystems besondere Bedeutung für die Entwicklung innovativer Therapieansätze gegen bakterielle Infektionen“, so Dr. Schramm.
Original Publikation:
The β2 Integrin Mac-1 Induces Protective LC3-Associated Phagocytosis of Listeria monocytogenes
Alexander Gluschko, Marc Herb, Katja Wiegmann, Oleg Krut, Wolfram F. Neiss, Olaf Utermöhlen, Martin Krönke, Michael Schramm
Cell Host & Microbe 23 (2018) pp. 324-337
DOI: https://doi.org/10.1016/j.chom.2018.01.018
Kontakt:
Dr. Michael Schramm
Junior Group Leader, Institute for Medical Microbiology, Immunology and Hygiene
Tel 0049-221-478-84090
michael.schramm[at]uk-koeln.de