Kurzfassung

Mittlerweile ist bekannt geworden, dass porenbildende Toxine von fast jedem medizinisch bedeutsamen bakteriellen Pathogen produziert werden. Bislang sind drei Archetypen von porenbildenden Toxinen mit folgenden Leiteigenschaften bekannt geworden:

A. Toxine, die in aktiver Form freigesetzt werden. Beispiel dafür sind das S. aureus Alpha-Toxin und das Streptolysin-O, wobei jedes Toxin wiederum Prototyp einer größeren Familie darstellt.
B. Toxine, die post-translational aktiviert werden können....Mittlerweile ist bekannt geworden, dass porenbildende Toxine von fast jedem medizinisch bedeutsamen bakteriellen Pathogen produziert werden. Bislang sind drei Archetypen von porenbildenden Toxinen mit folgenden Leit¬eigenschaften bekannt geworden:

A. Toxine, die in aktiver Form freigesetzt werden. Beispiel dafür sind das S. aureus Alpha-Toxin und das Streptolysin-O, wobei jedes Toxin wiederum Prototyp einer größeren Familie darstellt.
B. Toxine, die post-translational aktiviert werden können. Beispiel dafür sind die so genannten RTX-Toxine mit E. coli Hämolysin (HlyA) als Prototyp.
C. Toxine, die in einer Precursor-Form freigesetzt und nachträglich durch proteolytische Spaltung aktiviert werden. Zu dieser Gruppe gehören das Aerolysin und das V. cholerae Zytolysin (VCC).

In den vergangenen Jahren hat sich unsere Arbeitsgruppe vornehmlich mit Prototypen der Gruppe A befasst; heute ist S. aureus Alpha-Toxin der am besten charakterisierte Porenbildner überhaupt. In der vergangenen Förderperiode haben wir uns dem E. coli Hämolysin und V. cholerae Zytolysin (Prototypen der anderen Toxingruppen) zugewandt. Methoden zur präparativen Gewinnung beider Toxine und zur Markierung von Cystein-Substitutionsmutanten wurden etabliert und erste Fortschritte zu verschiedenen Themen wurden erzielt. In der nächsten Förderperiode sollen in diesem Teilprojekt die Struktur/ Funktionsanalysen fortgeführt und die Schritte, die zur Porenbildung führen, im Detail analysiert werden. In enger Zusammenarbeit mit TP D4 werden spektroskopische Techniken eingesetzt, um die Hypothese zu prüfen, dass E. coli Hämolysin monomere Poren bildet. Im Gegensatz zu anderen bislang untersuchten Porenbildnern scheinen bei diesem Toxin mehrere Aminosäuresequenzen an der Porenbildung beteiligt zu sein. Dementsprechend steht ein ausgedehntes Mutagenese-Programm bevor, bei dem funktionell aktive, acylierte Mutanten und nicht acylierte Mutanten analysiert werden müssen. Diese Analysen sollen Aufschluss über die Rolle der Fettsäuren für die Konformation der membraninserierten Domänen liefern.

Studien über VCC bilden das zweite große Thema. Dieses bislang kaum bekannte Toxin rückt aufgrund von jüngsten und zur Zeit erst im Druck befindlichen Arbeiten unvermittelt in den Vordergrund des Interesses: Olson und Gouaux haben die dreidimensionale Struktur von pro-VCC aufgeklärt, während wir zeitgleich die porenbildende Sequenz identifiziert haben. Beide Arbeiten legen nahe, dass VCC und verwandte Toxine Gram-negativer Bakterien mit porenbildenden Toxinen von Gram-positiven Pathogenen, insbesondere von S. aureus strukturell und funktionell homolog sind. Eine Reihe von grundlegenden Fragen müssen nun bearbeitet werden. Wir möchten feststellen, ob Cholesterol eine allosterische Kontrolle der Oligomerisation des Toxins ausübt. Die einzelnen Schritte der Porenbildung sollen im Detail untersucht werden. Die funktionelle Rolle der Lektindomäne für die Funktion des Toxins soll geklärt werden.
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