:: Mol Micro Meeting Vienna: Thermoregulation des Humanpathogens Helicobacter pylori

02/10/2015 von / 0 Kommentare
Titelbild: Wie dieses nah verwandte Flexispira rappini ist auch Helicobacter pylori ein verdrilltes, gramnegatives Stäbchenbakterium, das sich in der Magenschleimhaut einnistet.
©CDC/ Dr. Patricia Fields, Dr. Collette Fitzgerald (modifiziert)

Im September luden das Organisationsteam um Udo Bläsi, Boris Görke, Isabella Moll und Jörg Vogel, MikrobiologInnen zum vierten Mol Micro Meeting nach Wien ein. Die Themen konzentrierten sich auf molekulare, genetische und biochemische Fragestellungen, die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an Prokaryonten und Fungi überprüften; deren Erkenntnisse sind auch für andere Disziplinen interessant, beispielsweise wenn es um die Mikrobiota im Intestinaltrakt geht. Den ersten Vortrag hielt Davide Roncarati über den HrcA-Repressor und seine Beteiligung bei der Hitzeregulation im Humanpathogen Helicobacter pylori.

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Abb.1: Auf dem Campus der Universität Wien fand heuer das vierte Mol Micro Meeting statt. © Universität Wien/Flickr

Helicobacter pylori – ein prominenter Krankheitserreger

Beim Mol Micro Meeting Vienna stellten Forscherinnen und Forscher von verschiedenen Kontinenten, unter anderem Davide Roncarati, ihre jüngsten Arbeiten vor. Die Vortragenden wurden anhand von Publikationen im Journal Molecular Microbiology ausgewählt.

Davide Roncarati ist Assistenzprofessor am Department für Pharmazie und Biotechnologie der Universität Bologna und beschäftigt sich seit seiner Forschungsarbeit, mit der er sein Studium abschloss, mit dem Organismus H. pylori. Schon damals interessierten ihn transkriptionelle Repressoren, die an der Regulation von Hitzeschockgenen beteiligt sind. Seine jüngste Publikation im Journal Molecular Microbiology (Roncarati D. et al, 2014) beschäftigt sich ebenso mit einem Repressor, der bei der hitzebedingten Stressantwort von H. pylori beteiligt ist.

Helicobacter pylori wurde 1983 erstmals von Barry Marshall und Robin Warren entdeckt, die hierfür 2005 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin bekommen haben. Er ist ein innerhalb des Gastrointestinaltraktes weit verbreiteter Krankheitserreger. 89 Prozent der Weltbevölkerung sind mit ihm infiziert; er wird verantwortlich gemacht für Magen-Darm-Beschwerden, sowie für Magengeschwüre.

Magenbakterien sind sich ständig ändernden Umwelteinflüssen ausgesetzt. Die Fähigkeit sich den wechselnden Lebensbedingungen anzupassen ist für diese lebensnotwendig. Einem Mechanismus der Anpassung dienen die Hitzeschockproteine (HSPs). Die HSPs unterstützen die Proteinfaltung, den Transport von Proteinen, sowie die Degradation sowohl unter physiologischen als auch unter veränderten Bedingungen. Bei veränderten Umweltbedingungen müssen die HSPs mit einer Ansammlung von falsch- und ungefalteten Proteinen fertig werden. Viele Hitzeschockproteine gehören auch zu den Chaperonen.

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Abb.2: Hier sieht man die schematische Funktionsweise von Chaperonen illustriert. Weitere Informationen zu Chaperonen in Nature Reviews (in Englisch). Bildquelle: Young J.C. et al., 2004

Chaperone


Chaperone sind Proteine, die der Proteinfaltung assistieren. Sie bieten einen Raum, in den sie noch nicht komplett gefaltete Proteine aufnehmen können. Hierdurch können sie hydrophobe Wechselwirkungen der Seitenketten kompensieren und die Ausbildung von Aggregaten verhindern. Im Gegensatz zu Hitzeschockproteinen sind Chaperone auch in physiologischen Zuständen aktiv. Nach ihrer Erstentdeckung wurden viele Chaperone trotzdem als HSPs benannt, beispielsweise Hsp40-Chaperone.

In dem Krankheitserreger H. pylori werden bedeutende HSPs von drei multicistronischen Operons codiert. Diese werden negativ kontrolliert von zwei transkriptionellen Repressoren, HrcA und HspR. Stressstimuli wie Hitzeschock, osmotischer Stress oder die Akkumulation von falsch gefalteten Proteinen induzieren die Transkription der Hitzeschock-Operons.

Roncarati fand heraus, dass der HrcA-Repressor der intrinsische Thermosensor bei diesen Reaktionen ist. Die Ergebnisse legen nahe, dass das Anbinden von HrcA an die DNA temperaturspezifisch verändert wird, ohne die HspR-Aktivität zu beeinflussen. Zudem kann die durch Hitze geschockte HrcA-Bindeaktivität über den GroEs-GroEL Chaperon-Komplex zurückgewonnen werden.

Diese Erkenntnisse gewann das Team um Roncarati über die DNase-Fußabdruck-Untersuchung.

DNase Footprinting Assay (z.Dt.: DNase-Fußabdruck-Untersuchung)

Abb.3.: DNase Footprinting Assay

Abb.3.: DNase Footprinting Assay, Grafik: Claudia Radler

DNase Footprinting Assay ist ein molekularbiologisches Verfahrenzur Lokalisation von Proteinbindungsstellen in der DNA. An den Stellen wo Proteine an DNA binden, ist diese vor hydrolytischen Spaltungen geschützt. Bei Zugabe eines Enzyms wie der DNase (Abkürzung von Desoxyribonuklease), wird die DNA dann im Bereich wo das Protein gebunden hat, nicht gespalten.
Die DNA-Abschnitte, an die die Proteine binden sollen, müssen vorher radioaktiv markiert, damit sie später detektiert werden können. Anschließend werden die Proteine entfernt und die DNA-Fragmente im Rahmen einer Gelelektrophorese nach Länge und Ladung getrennt. Das Ergebnis ist ein für die Gelelektrophorese charakteristisches Bandenmuster. Hierbei fehlen jedoch die Banden für die Sequenzen, an die Proteine gebunden hatten. Diese Lücken bezeichnet man als Footprint.

Bedeutung für Krankheiten

Davide Roncaratis Fokus liegt in der grundlegenden Erforschung der hitzebedingten Stressantworten des Pathogens H. pylori. Über mögliche Anwendungen in der translationellen Forschung kann nur spekuliert werden. Mögliche Überlegungen wären beispielsweise die Entwicklung eines Medikaments auf Basis eines bakterienspezifischen GroEL-GroES-Inhibitors gegen Krankheiten, denen H. pylori–Infektionen zu Grunde liegen.

Mol Micro Meeting


Das Mol Micro Meeting wurde ursprünglich von Jörg Vogel in Würzburg initiiert. Heuer ging es in die vierte Runde. Organisiert wurde es dieses Jahr von Udo Bläsi, Professor an der Universität Wien, Isabella Moll, assoziierte Professorin an der Universität Wien, und Boris Görke, Assistenzprofessor an der Universität Wien. Damit fand es erstmals außerhalb Würzburgs statt. Die Vortragenden wurden anhand von Publikationen im Journal Molecular Microbiology ausgesucht. Die nächste Runde wird 2017 von Ian Henderson in Großbritannien organisiert.

Referenzen


Roncarati, D., Danielli, A., & Scarlato, V. (2014). The HrcA repressor is the thermosensor of the heat‐shock regulatory circuit in the human pathogen Helicobacter pylori. Molecular microbiology, 92(5), 910-920. [Link]

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