Vergleichende funktionelle Analyse des Adhäsions- und Invasionsfaktors YadA enteropathogener Yersinien

Heise, Tanja, Franziska

doi:10.24355/dbbs.084-200802140100-4

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Vergleichende funktionelle Analyse des Adhäsions- und Invasionsfaktors YadA enteropathogener Yersinien

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Das multifunktionelle, afimbrilliäre Adhäsin YadA ist ein wichtiger Adhäsionsfaktor der enteropathogenen Bakterien Yersinia pseudotuberculosis und Yersinia enterocolitica. Es trägt durch die Bindung an Proteine der extrazellulären Matrix (EZM) maßgeblich zur Etablierung einer Infektion bei. Obwohl die YadA-Proteine beider Yersinia spp. (YadApstb und YadAent) sehr homolog sind, vermittelt nur YadApstb effiziente Invasion in Epithelzellen. Es konnte gezeigt werden, dass eine in der N-terminalen Kopfregion des YadApstb-Proteins lokalisierte Region von 31 Aminosäuren, die dem YadAent-Protein fehlt, essentiell für die YadApstb-vermittelte Invasion ist. Die Deletion dieser Domäne in YadApstb führt zu einem Verlust der Invasionsfähigkeit, während die adhäsiven Eigenschaften des Moleküls erhalten bleiben. Die Invasionsdomäne ist darüber hinaus für die aggregativen Eigenschaften und die Bindekapazität von YadA für Proteine der EZM entscheidend. Ihr Fehlen bewirkt einen Verlust der Fähigkeit Auto- und Hämagglutination zu induzieren, vermittelt demgegenüber jedoch eine deutlich gesteigerte Bindung an Kollagen und Laminin. YadApstb hingegen bindet hauptsächlich an Fibronektin, und es konnte nachgewiesen werden, dass die YadApstb-vermittelte Invasion nur auf Grundlage der Bindung an Fibronektin-gebundene a5b1-Integrine erfolgen kann. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die invasiven und aggregativen Eigenschaften des YadApstb-Proteins für die effiziente Besiedlung tiefer gelegener Gewebe und Organe während der Infektion von Bedeutung sind. Die Identifikation der YadApstb- Invasionsdomäne ermöglicht es, den Invasions- und Adhäsionsprozess deutlich voneinander abzugrenzen, so dass die Unterschiede der zu Grunde liegenden eukaryotischen Signaltransduktion erstmalig untersucht werden können. Hierfür wurde ein in vitro System etabliert, das es erlaubt, die Aktivierung der Signalmoleküle in der Wirtszelle unbeeinflusst von anderen bakteriellen Faktoren zu analysieren.

The multifunctional, afimbrial adhesin YadA is the major adhesion factor of the enteropathogenic bacteria Yersinia pseudotuberculosis and Yersinia enterocolitica. It contributes to the establishment of an infection by promoting tight adherence to extracellular matrix (ECM) proteins of the host cell. Although the YadA proteins of both Yersinia spp. (YadApstb and YadAent) are highly homologous, only YadApstb promotes efficient invasion into epithelial cells. Functional and structural analyses of YadApstb and YadAent revealed that an unique N-terminal region of 31 amino acids of YadApstb, which is absent in YadAent, is crucial for the YadApstb-mediated invasion. A deletion of this domain in YadApstb abrogates cell invasion, while the adhesion remains unaffected. The uptake domain also affects the aggregation behaviour and the specificity of ECM substrate binding of YadA. The loss of this motif causes YadA variants, which are deficient in auto- and hemagglutination but promote strong binding to collagen and laminin. YadApstb however exhibits a high binding efficiency for fibronectin and it was shown that the YadApstb-mediated invasion occurs only via fibronectin-bound a5b1-integrins. Furthermore, it was demonstrated that the invasive and aggregative properties of YadApstb contribute to the efficient colonization of deeper tissues and organs during infection. The identification of the uptake domain dissects invasion from adhesion and allows for the first time the analysis of the differences in the host cell signalling during these processes. For this purpose an in vitro system was developed, which facilitates an analysis unaffected by other bacterial factors.