Dissertation
Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

 

Jens Abel

 

Strukturelle und funktionale Charakterisierung der Zellwand-Lipoglykane

von Mycobacterium avium ssp paratuberculosis

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-96268

title (engl.)

Struktural and functional Characterisation of the Cell Wall Lipoglycans of Mycobacterium avium ssp. paratuberculosis

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2008

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/abelj_ws08.pdf

abstract (deutsch)

Mycobacterium avium ssp. paratuberculosis (MAP) verursacht die Paratuberkulose, eine hauptsächlich in Wiederkäuern auftretende chronisch granulomatös verlaufende Erkrankung des gastrointestinalen Trakts. Eine Assoziation zwischen MAP und Morbus Crohn wird angenommen. Die Lipoglykane Lipoarabinomannan (LAM), Lipomannan (LM) and Phosphatidyl-myo-inositolmannosid (PIM) stellen wichtige Komponenten der mykobakteriellen Zellwand dar. Untersuchungen zeigen, dass diese Lipoglykane zur intrazellulären Persistenz pathogener Mykobakterien im Phagosom der Makrophagen beitragen. Strukturelle Merkmale der Lipogklykane scheinen für die Pathogenität von Relevanz zu sein. LAM-Moleküle pathogener Spezies sind terminal mit Mannose-caps maskiert und weisen ein deutlich geringeres stimulatorisches Potential gegenüber Makrophagen auf. Bisher wenig bekannt ist über die Struktur der MAP Lipoglykane und ihren Einfluss auf die Pathogenität. In dieser Arbeit  wurden die MAP LAM- und LM-Moleküle präpariert, ihre Struktur analysiert und mit den LAM-Molekülen von M. avium ssp. avium (MAA) verglichen. Durch Lektin mapping und 2 -D-HSQC-NMR-Analytik zeigen eine zwischen MAP und MAA differentielle Maskierung der LAM-Moleküle mit Mannose-caps. Das NMR-Sprektrum des MAP LAMs sieht dem Spektrum des M. leprae LAMs sehr ähnlich, während für das MAA Spektrum Ähnlichkeiten mit M. tuberculosis LAM-Molekülen beschrieben sind. Durch die LM-Stimulation wird sowohl in humanen THP-1 Zellen als auch in murinen RAW264.7 Makrophagen im Gegensatz zu den MAP/MAA LAM-Molekülen die TNF- und CXCL-2 mRNA-Expression induziert. Die mitogen-activated-protein-kinases (MAPKs) p38, ERK1/2 und JNK sind wichtige Faktoren, welche die für die Granulombildung wichtige Expression pro-inflammatorischer Zytokine/Chemokine wie TNF und CXCL-2 sowie deren mRNA-Stabilität regulieren. Die vorliegende Studie zeigt, dass durch die MAP/MAA LAM-Moleküle zu einem frühen Zeitpunkt der Makrophagen-Aktivierung murinen RAW264.7 Zellen sowohl die MAPK-Phosphorylierung als auch die Expression der entsprechenden Markergene im Gegensatz zu den korrespondierenden LM-Molekülen kaum induziert wird. Darüber hinaus entfalten die MAP LAM-Moleküle in RAW264.7 Zellen gegenüber dem LM-Stimulus keine antagonistische Wirkung, sondern sind nahezu inert. Die Daten der mit LAM-/LM-konjugierten Latex-Partikeln stimulierten RAW264.7 Zellen weisen vielmehr darauf hin, dass die für das LAM-Molekül pathogener Spezies propagierte immunmodulatorische Wirkung möglicherweise auf bisher nicht bekannter subzellulärer Ebene greift.

 

abstract (englisch)

Mycobacterium avium ssp. paratuberculosis (MAP) is the causative agent of paratuberculosis, a chronic granulomatous enteritis in ruminants and it has been implicated as a cause of Crohn’s disease in humans. Lipoarabinomannan (LAM), lipomannan (LM) and phosphatidyl-myo-inositol mannoside (PIM) are important components of the mycobacterial cell wall. These lipoglycans have been shown to affect macrophages sustaining mycobacterial persistence. Structural characteristics of lipoglycans seem to play an important role in the pathogenicity, e.g., the LAM of pathogenic mycobacteria is terminally mannosylated and has reduced stimulatory activity for macrophages, whereas the LAM from non-pathogenic mycobacteria is not but activates macrophages. Only little is known about the structures of MAP LAM/LM and their involvement in the pathogenicity.

In this study, we purified the MAP LAM and LM molecules and characterized their structural features in comparison to those of M. avium ssp. avium (MAA). Lectin mapping assays and 2 -D-HSQC-NMR revealed that MAP/MAA LAMs are differentially terminal mannosylated. In addition, the NMR spectrum of MAP resembles that of M. leprae, for which it was shown that it is reduced in size and truncation. Furthermore, that of MAA seems to be similar to that of M. tuberculosis. Stimulation of human THP-1 and murine RAW264.7 macrophages with MAP/MAA LM clearly induced TNF and CXCL-2 mRNA expression. In contrast, the LAMs were very weak inducers of marker genes. The mitogen-activated-protein-kinases (MAPKs) p38, ERK1/2 and JNK are important factors for regulating mRNA transcription and stability of TNF and CXCL-2, which are key molecules for the granuloma formation. The MAPK-phosphorylation and cytokine expression of the selected marker genes was not induced at an early time point in MAP/MAA LAM-stimulated RAW264.7 macrophages compared to LM treated cells. Additionally, MAP LAM does not antagonize the stimulatory capacity of the LM-molecules in RAW264.7 macrophages. Stimulation experiments with LAM-/LM conjugated latex beads revealed that the proposed immunmodulatory action of the MAP LAM rather exists on still unknown subcellular stages so far.

 

keywords

Mykobakterien, Liporabinomannan, Makrophagen; mycobacteria, lipoarabinomannan, macrophage

kb

4.887