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Prof. Dr. Gerhard

 

 

Proinflammatorische Wirkung der Clostridium difficile Toxine A und B

 

 

Die Toxine A und B von Clostridium difficile sind einkettige Proteintoxine, die als Haupt­­patho­genitäts­faktoren der Antibiotika-assoziierten pseudomembranösen Colitis gelten. Auf zellulärer Ebene inaktivieren sie durch Mono-Glucosylierung die kleinen GTPasen der Rho-Familie. Die inflammatorische Wirkung der Toxine auf die Colonmukosa lässt sich jedoch nicht durch ihren molekularen Wirkmechanismus erklären.

 

In diesem Projekt wurde bisher gezeigt, dass Toxin A/B sowohl in der Colonozyten-Zelllinie Caco-2 als auch in der humanen Mast­zelllinie HMC-1 zu einer Aktivierung der proin­flam­matorischen Signalwege (p38 MAPK, NF-kB und JNK) führen, mit eindeutiger Präferenz des p38 MAP Kinase-Weges. Mastzellen werden direkt durch die Toxine aktiviert, sodass es zu einer Degranulation und Zytokin-Freisetzung kommt. Die Beeinflussung der Gen­expression der Zielzelle durch die Toxine wurde mit DNA-Micro-Arrays analysiert und ergab ein erstaunlich eingeschränktes Spektrum an hochregulierten Genen in Colonozyten. Die stärkste Veränderung zeigte mit einer 15-fachen Hochregulation die RhoB-GTPase, die dabei gleichzeitig aktiviert wird. Damit wurde das bisherige Paradigma widerlegt, dass Toxin A ein ausschließlicher Inhibitor von GTPasen ist.

 

In diesem Projekt sollen folgenden Fragestellungen bearbeitet werden:

 

  1. Über welche Mechanismen aktivieren die Toxine die stressaktivierten Signalwege (p38 MAPK) und welche funktionelle Bedeutung hat dies für die Zielzelle der Toxine?
  2. Die funktionelle Bedeutung des als immediate-early gene product klassifizierten RhoB als Zellantwort auf Toxin A soll geklärt werden, insbesondere unter dem Aspekt der Infektabwehr (eine Beteiligung von RhoB an der Apoptose und der NF-kB-Hemmung sind beschrieben). Es wird vermutet, dass Toxin A auf der Ebene der Colonozyten eher eine entzündungshemmende Zellantwort induziert und insofern die inflammatorische Antwort auf die Toxine moduliert.
  3. Im Mausmodell soll die Wirkung von Toxin A auf die in vivo-Relevanz der an Zelllinien erhobenen Befunde überprüft werden. Dazu wird zunächst die Toxinwirkung an primären Colonozyten, isoliert aus dem Mäusecolon, bezüglich Genexpression und Signaltransduktion analysiert. Im zweiten Schritt wird Toxin A vergleichend mit der enzym­defizienten Form im Organkontext getestet; dazu wird durch lokale Toxin A-Applikation eine pseudo­membranöse Colitis induziert, und es werden die Befunde bezüglich Histologie, Genexpression (DNA-Micro-Array), Zytokinbildung und Signaltransduktion erhoben.

 

Ziel ist es, zu verstehen, über welche Mechanismen Toxin A ein inflammatorisches Geschehen im Colon induziert und steuert.