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AG Prof. Dr. Klos

 

 

Projekte, Methoden, ausgewählte Publikationen und Finanzierung

 

1. CHLAMYDIEN 

   

- Wechselwirkung zwischen diesen intrazellulären Bakterien und ihren Wirtszellen

  

- Chlamydiale Virulenzfaktoren

 

- Interaktion von Chlamydien mit dem Komplementsystem 

 

Chlamydien sind obligat intrazelluläre Bakterien mit einem einzigartigen biphasischen (virusähnlichen) Vermehrungszyklus. Abhängig von Spezies und Serovar verursachen Chlamydien sehr unterschiedliche Krankheiten. Einige Serovare von Chlamydia trachomatis sind verantwortlich für Augeninfektionen (Bindehautentzündung sowie Trachoma, das zur Erblindung führen kann), sexuell-übertragene urogenitale Infektionen, die Unfruchtbarkeit oder ektope Schwangerschaften zur Folge haben können sowie Pneumonien bei Neugeborenen. Weiterhin können persistierende C. trachomatis Gelenkentzündungen im Rahmen einer Reaktiven Arthritis (Teil des Reiter Syndroms) auslösen. Chlamydia pneumoniae ist ein häufiger Verursacher von meist milden Infektionen der Atemwege und wird mit verschiedenen entzündlichen Gefäßerkrankungen und Arteriosklerose in Verbindung gebracht. Chlamydia psittaci ist ein wichtiges Pathogen in Vögeln und anderen Tieren. Nach Übertragung von Stämmen, die bei Vögeln vorkommen, kommt es im Menschen zur Psittakose, eine lebensgefährliche atypische Pneumonie mit systemischer Streuung. Infektionen von Rindern, Schafen, Pferden und anderen Haustieren mit non-aviären Stämmen von C. psittaci führten dort häufig zu Abort, respiratorischen Erkrankungen, Darmentzündungen sowie Arthritis.


Chlamydien besitzen ein Typ III Sekretionssystem. Viele pathogene Bakterien benutzen dieses System um Effektorproteine in ihren Wirt zu injizieren und ihn so umzuprogrammieren. Dies geschieht auf Ebenen der Signaltransduktion und Genexpression. Die transferierten Virulenzfaktoren ermöglichen die Infektion sowie das bakterielle Überleben.

 

Unsere Arbeitsgruppe ist hauptsächlich an der Wechselwirkung von den obligat intrazellulären Chlamydien und ihren Wirtszellen interessiert. Dazu gehören die Identifikation und Charakterisierung von chlamydialen Effektorproteinen (wie z.B. CT166 als Virulenzfaktor mit Wirkungen auf das Zytoskelett der Wirtszelle) sowie das Verständnis der chlamydialen Persistenz. Im Verlauf der letzten Jahre hat die Aufklärung der Rolle des Komplementsystems bei Infektionen durch intrazelluläre Bakterien für unsere Arbeitsgruppe immer größere Bedeutung gewonnen. Aktuelle Arbeiten mit einem Pneumoniemodell und unterschiedlichen Knockout-Mausstämmen zeigen die große Bedeutung von Effektorfunktionen in der Komplementkaskade down-stream von Komplementfaktor C3 bei der Infektionen mit C. psittaci und C. pneumonia auf. Wir wollen mit unseren Untersuchungen zu einem besseren Veständnis der molekularen Pathomechanismen bei chlamydialen Infektionen beitragen. Dies soll langfristig auch zur Identifikation von neuen therapeutischen Zielstrukturen führen.

 

 

   

2. DAS KOMPLEMENTSYSTEM

   

- Expression, Regulation und Funktion von C5a-Rezeptor, C3a-Rezeptor und C5L2-Rezeptor

  

- Wechselbeziehung von intrazellulären Bakterien mit dem Komplementsystem

 

Das komplexe und stark regulierte Komplementsystem spielt eine zentrale Rolle in der Immunabwehr von Mikroorganismen. Es besteht aus mehr als 30 verschiedenen Proteinen, von denen die meisten im Serum und anderen Körperflüssigkeiten zirkulieren. Rezeptoren für Komplementkomponenten und ihre Regulatoren sind auf den Oberflächen der Wirtszellen exprimiert.  Immunkomplexe, Oberflächenstrukturen von Bakterien und Pilzen, C-reaktives Protein, Mitochondrien sowie nekrotische Zellen lösen eine Komplementaktivierung aus. Während dieser Aktivierung entstehen frühe, zentrale Mediatoren der Entzündungskaskade durch Spaltung von Komplementfaktoren, insbesondere die hochpotenten Anaphylatoxine C3a, C5a und das Derivat C5adesArg. Die beiden Anaphylatoxine bestimmen die Intensität sowohl der angeborenen als auch der erworbenen spezifischen Immunität. Sie wirken als proinflammatorische Entzündungsmediatoren über verwandte G-Protein gekoppelte Rezeptoren (C3a-Rezeptor, C5a-Rezeptor). Ihre Funktion wird durch den C5a Rezeptor-like-2 (C5L2), einen ebenfalls heptahelikalen,  allerdings nicht-G-Protein-gekoppelten Rezeptor modifiziert. C5L2 scheint hauptsächlich als scavenger-Rezeptor für C5a und C5adesArg zu fungieren. Dabei konkurriert er mit dem biologisch aktiven C5a Rezeptor um die gemeinsamen Liganden. Anaphylatoxinrezeptoren sind in zahlreichen Geweben exprimiert: Sie finden sich auf humanen Granulozyten, Monozyten und Mastzellen sowie im ZNS. Daneben scheinen sie auch auf stimulierten Lymphozytenpopulationen exprimiert zu sein. Die Anaphylatoxine sind (im Modell) bei verschiedenen Erkrankungen von entscheidender Bedeutung für den klinischen Verlauf, wie z.B. dem Adult Respiratory Distress Syndrom (ARDS), dem Systemischen Lupus Eryhematodes (SLE), der Rheumatoiden Arthritis oder der Psoriasis. Gleiches gilt für Sepsis/SIRS und Polytrauma, bei der Serumkrankheit vom Arthus-Typ, bei der Abwehr bakterieller Infektionen der Lunge sowie beim allergischen Asthma und der Kolitis..

 

Unsere Gruppe fokussiert ihre Arbeiten auf verschiedene Aspekte der Anaphylatoxinrezeptoren: uns interessiert ihre Expression, Regulation, Signalweiterleitung, biologische Funktion sowie die Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Rezeptoren. Wir möchten einen tieferen Einblick in die Rolle der Komplementrezeptoren im Rahmen der Entzündungssituation gewinnen und somit einen Beitrag zur Entwicklung von Inhibitoren und Modulatoren innerhalb der Komplementkaskade leisten.

 

Zusätzlich interessiert uns die Einbindung des Komplementsystems in die Infektion durch intrazelluläre Bakterien, wie z.B. die oben genannten Chlamydien.

 

ANGEWANDTE METHODEN

 

Unsere Arbeit basiert auf der Analyse aufgereinigter Primärzellen, Generation und Charakterisierung von sowohl stabil als auch transient transduzierten Zelllinien (HeLa, HEK293, RBL-2H3) und Mausmodellen (Kolitis, Pneumonie), wobei wir verschiedene Mausstämme mit Knockouts verschiedener Komplementkomponenten einsetzen. Wir wenden ein breites Spektrum molekularbiologischer und zellbiologischer Methoden an, inklusive der Generation und Expression rekombinanter Rezeptoren sowie ihrer Mutanten mit Hilfe eines retroviralen Gentransfer- und Expressionssystems, der Überexprimierung chlamydialer Effektorproteine, der Überexpression von dominanten Negativmutanten von Signalkomponenten, Reportergenassays, Bindungsstudien, Durchflusszytometrie, Transkriptomics, Real-Time RT-PCR, Proteomics sowie Funktionstests von intrazellulären Signalwegen.

 

 

 

Auswahl von Publikationen:

 

1. Dahlke K, Wrann CD, Sommerfeld O, Sossdorf M, Recknagel P, Sachse S, Winter SW, Klos A, Stahl GL, Ma YX, Claus RA, Reinhart K, Bauer M, Riedemann NC. Distinct different contributions of the alternative and classical complement activation pathway for the innate host response during sepsis. J Immunol. 186: 3066-3075; 2011


2. Amara U, Flierl MA, Rittirsch D, Klos A, Chen H, Acker B, et al. Molecular intercommunication between the complement and coagulation systems. J Immunol. 185(9): 5628-5636; 2010  

 

3. Thalman, J, JaniK K, May M, Sommer K, Ebeling J, Hofmann F, Genth H, Klos A. Actin re-organization induced by Chlamydia trachomatis Serovar D - Evidence for a critical role of the effector protein CT166 Targeting Rac. PLoS ONE. 5(3):e9887; 2010  

           
4. Bleich EM, Martin M, Bleich A, Klos A. The Mongolian gerbil as a model for inflammatory bowel disease. Int J Exp Pathol. 91(3): 281-287; 2010


5. Johswich K, Martin M, Bleich A, Kracht M, Dittrich-Breiholz O, Gessner JE, Suerbaum S, Wende E. Rheinheimer C, Klos A. Role of the C5a receptor (C5aR) in acute and chronic dextran sulfate-induced models of inflammatory bowel disease. Inflamm Bowel Dis. 15(12):1812-1823; 2009


6. Mosa A, Trumstedt C, Eriksson E, Soehnlein O, Heuts F, Janik K, Klos A, Dittrich-Breiholz O, Kracht M, Hidmark Å, Wigzell H, Rottenberg M E. Non-hematopoietic cells control the outcome of infection with Listeria monocytogenes in a NOD1-dependent manner. Infect Immun. 77(7):2908-18; 2009


7. Klos A, Thalmann J, Peters J, Gérard H C, Hudson A P. The transcript profile of persistent Chlamydophila (Chlamydia) pneumoniae in vitro depends on the means by which persistence is induced. FEMS Microbiol Lett. 291:120-126; 2009


8. Sommer K, Njau F, Wittkop U, Thalmann J, Bartling G, Wagner A, Klos A. Identification of high- and low-virulent strains of Chlamydia pneumoniae by their characterization in a mouse Pneumonia Model. FEMS Immunol & Med. Microbiol. 55(2):206-14; 2009


9. Scola A, Johswich K, Morgan B P, Klos A, Monk P N. The human complement fragment receptor, C5L2, is a decoy receptor. Mol Immunol. 46(6):1149-62; 2009


10. Wrann C D, Tabriz N A, Barkhausen T, Klos A, van Griensven M, Pape H C, Kendoff D O, Guo R, Ward P, Krettek C, Riedemann N. The PI3K signaling pathway exerts protective effects during sepsis by controlling C5a-mediated activation of innate immune functions. J Immunol. 178: 5940-5948; 2007


11. Eickhoff M, Thalmann J, Hess S, Martin M, Laue T, Kruppa J, Brandes G, Klos A. Host cell responses to Chlamydia pneumoniae in IFN-γ-induced persistence overlap those of productive infection and are linked to genes involved in apoptosis, cell cycle, and metabolism. Infect Immunity. 75:2853-2863; 2007


12. Johswich K, Martin M, Thalmann J, Rheinheimer C, Monk PN, Klos A. Ligand specificity of the anaphylatoxin C5L2 receptor and its regulation on myeloid and epithelial cell-lines. J Biol Chem. 281:39088-39095; 2006


13. Schaefer M, Konrad S, Thalmann J, Rheinheimer C, Johswich K, Sohns B, Klos A. The transcription factors AP-1 and Ets are regulators of C3a receptor expression. J Biol Chem. 280(51): 42113-42123; 2005


14. Peters J, Hess S, Endlich K, Thalmann J, Holzberg D, Kracht M, Schaefer M, Bartling G, Klos A. Silencing and permanent activation: Host-cell responses in models of persistent Chlamydia pneumoniae infection. Cell Microbiol. 7:1099-1108; 2005


15. Fischer S F, Vier J J, Kirschnek S, Klos A, Hess S, Häcker G. Chlamydia inhibit host cell-apoptosis by specific degradation of the pro-apoptotic BH3-only protein Bim. J  Exp  Med. 200:905-916; 2004


16. Godau J, Heller T, Hawlisch H, Trappe M, Howells E, Best J, Zwirner J, Verbeek J S, Hogarth P M, Gerard C, van Rooijen N, Klos A, Gessner J E, Köhl J. C5a initiates the inflammatory cascade in immune complex peritonitis. J Immunol. 173:3437-3445; 2004


17. Otto M, Hawlisch H, Monk P N, Mueller M, Klos A, Karp C L, Köhl J. C5a mutants are potent antagonists of the C5a receptor (CD88) and of C5L2: Position 69 is the locus that determines agonism or antagonism. J Biol Chem. 279:142-151; 2004


18. Hess S, Peters J, Bartling G, Rheinheimer C, Magid-Slav M, Tal-Singer R, Klos A. More than just innate immunity: Comparative analysis of C. pneumoniae and C. trachomatis effects on host-cell gene-regulation. Cell Microbiol. 5: 785-795; 2003


19. Settmacher B, Rheinheimer C, Hamacher H, Ames R S, Wise A, Jenkinson L, Bock D, Schaefer M, Köhl J, Klos A. Structure-function studies of the C3a-receptor: C-terminal serine and threonine residues which influence receptor internalization and signaling. Eur J Immunol. 33: 920-927; 2003


20. Hess S, Rheinheimer C, Tidow F, Bartling G, Kaps C, Lauber J, Buer J, Klos A. The reprogrammed host: Chlamydia trachomatis-induced up-regulation of glycoprotein 130 cytokines, transcription factors, and antiapoptotic genes. Arthritis Rheum. 44:2392-2401; 2001


21. Ames R S, Lee D, Foley J J, Jurewicz A J, Tornetta M A, Bautsch W, Settmacher B, Klos A, Erhard K F, Cousins R D, Sulpizio A C, Hieble J P, McCafferty G, Ward K W, Adams J L, Bondinell W E, Underwood D C, Osborn R R, Badger A M, Sarau H M. Identification of a selective nonpeptide antagonist of the anaphylatoxin C3a receptor that demonstrates anti¬inflammatory activity in animal models. J Immunol. 166:6341-6348; 2001


22. Hawlisch H, Muller M, Frank R, Bautsch W, Klos A, Köhl J. Site-specific anti-C3a receptor single-chain antibodies selected by differential panning on cellulose sheets. Anal Biochem. 293:142-145; 2001

 

 

Forschungsförderung / Drittmittel:

  • BMBF-Verbundprojekt 'Zoonotische Chlamydien', Teilprojekt: 'Identifizierung und Charakterisierung von kulturabhängigen Virulenzfaktoren' (2. Förderperiode)
  • SFB 587  'Immunreaktionen der Lunge', Teilprojekt: 'Die Rolle des Komplementsystems bei der Chlamydien-Pneumonie im Mausmodell' (3. Förderperiode)
  • SFB 566 'Zytokin-Rezeptoren und Zytokin-abhängige Signalwege als therapeutische Zielstrukturen', Teilprojekt A04: 'Zytokine als Regulatoren der Anaphylatoxinwirkung' (3. Förderperiode)

  

 

 

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