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In der vorliegenden Arbeit wurde erstmals die Interaktion von A. baumannii mit humanem Plasminogen untersucht. Mit dem Translations-Elongationsfaktor TufAb, dem äußeren Membranprotein OmpW sowie dem Lipoprotein p41 konnten insgesamt drei Plasminogen-bindende Proteine von A. baumannii identifiziert werden. Außerdem wurde ein grundlegender Beitrag zur funktionellen Charakterisierung von TufAb sowie p41 von A. baumannii erbracht.
Es konnte nachgewiesen werden, dass gereinigtes TufAb humanes Plasminogen bindet und diese Interaktion teilweise durch Lysin-Reste vermittelt und von der Ionenstärke beeinflusst ist. An TufAb-gebundenes Plasminogen war für den Plasminogen-Aktivator u-PA zugänglich und konnte zu Plasmin aktiviert werden, welches das chromogene Substrat S-2251, das physiologische Substrat Fibrinogen und die zentrale Komplementkomponente C3b proteolytisch spaltete. Schließlich konnte TufAb als „Moonlighting“-Protein auf der Zelloberfläche von A. baumannii identifiziert werden.
Für das Lipoprotein p41 konnte ebenfalls gezeigt werden, dass dieses an Plasminogen bindet. Die Bindung von Plasminogen an p41 erfolgte ebenfalls über Lysin-Reste, zeigte sich allerdings von der Ionenstärke unbeeinflusst. Im Fall von p41 konnte mit Hilfe von C-terminal verkürzten p41-Konstrukten gezeigt werden, dass C-terminale Lysin-Reste an der Bindung von Plasminogen beteiligt sind. Weitere Versuche mit p41-Proteinen, bei welchen vier C-terminale Lysin-Reste durch Alanin-Reste substituiert wurden, ergaben, dass die beiden Lysin-Reste K368 und K369 essentiell für die Bindung von Plasminogen an p41 sind. Zudem konnte gezeigt werden, dass sowohl Kringle-Domäne 1 als auch Kringle-Domäne 4 von Plasminogen bei der Interaktion mit p41 involviert sind. An p41 gebundenes Plasminogen ließ sich durch u-PA zu Plasmin aktivieren, welches Fibrinogen sowie die zentrale Komplementkomponente C3b degradierte. p41 ist außerdem in der Lage, die Komplementkomponenten C3, C3b und C5 zu binden und den alternativen Weg zu inhibieren. Zudem ergaben Untersuchungen im Rahmen dieser Arbeit erste Hinweise darauf, dass zumindest die Plasminogen-bindende Region auf der Zelloberfläche von A. baumannii lokalisiert ist.
Die Inaktivierung des p41-kodierenden Gens führte zu einer signifikanten Abnahme im Überleben von A. baumannii-Zellen in der Gegenwart von NHS. Zudem zeigte die Mutante Δp41 einen Defekt in der Plasmin-abhängigen Transmigration durch einen Endothelzell-Monolayer. Beide Versuche untermauern die physiologische Relevanz für die Interaktion von A. baumannii mit Plasminogen.
Translation elongation factor Tuf of Acinetobacter baumannii is a plasminogen-binding protein
(2015)
Acinetobacter baumannii is an important nosocomial pathogen, causing a variety of opportunistic infections of the skin, soft tissues and wounds, urinary tract infections, secondary meningitis, pneumonia and bacteremia. Over 63% of A. baumannii infections occurring in the United States are caused by multidrug resistant isolates, and pan-resistant isolates have begun to emerge that are resistant to all clinically relevant antibiotics. The complement system represents the first line of defense against invading pathogens. However, many A. baumannii isolates, especially those causing severe bacteremia are resistant to complement-mediated killing, though the underlying mechanisms remain poorly understood. Here we show for the first time that A. baumannii binds host-derived plasminogen and we identify the translation elongation factor Tuf as a moonlighting plasminogen-binding protein that is exposed on the outer surface of A. baumannii. Binding of plasminogen to Tuf is at least partly dependent on lysine residues and ionic interactions. Plasminogen, once bound to Tuf can be converted to active plasmin and proteolytically degrade fibrinogen as well as the key complement component C3b. Thus, Tuf acts as a multifunctional protein that may contribute to virulence of A. baumannii by aiding in dissemination and evasion of the complement system.
The emerging relapsing fever spirochete Borrelia (B.) miyamotoi is transmitted by ixodid ticks and causes the so-called hard tick-borne relapsing fever or B. miyamotoi disease (BMD). More recently, we identified a surface-exposed molecule, CbiA exhibiting complement binding and inhibitory capacity and rendering spirochetes resistant to complement-mediated lysis. To gain deeper insight into the molecular principles of B. miyamotoi-host interaction, we examined CbiA as a plasmin(ogen) receptor that enables B. miyamotoi to interact with the serine protease plasmin(ogen). Recombinant CbiA was able to bind plasminogen in a dose-dependent fashion. Moreover, lysine residues appear to play a crucial role in the protein-protein interaction as binding of plasminogen was inhibited by the lysine analog tranexamic acid as well as increasing ionic strength. Of relevance, plasminogen bound to CbiA can be converted by urokinase-type plasminogen activator (uPa) to active plasmin which cleaved both, the chromogenic substrate S-2251 and its physiologic substrate fibrinogen. Concerning the involvement of specific amino acids in the interaction with plasminogen, lysine residues located at the C-terminus are frequently involved in the binding as reported for various other plasminogen-interacting proteins of Lyme disease spirochetes. Lysine residues located within the C-terminal domain were substituted with alanine to generate single, double, triple, and quadruple point mutants. However, binding of plasminogen to the mutated CbiA proteins was not affected, suggesting that lysine residues distant from the C-terminus might be involved in the interaction.