Värdcellens svar på bakterieangrepp

Projektbeskrivning

En bakterieinfektion startar en rad processer i de värdceller som kommer i kontakt med bakterien. Många är antimikrobiella och bidrar till att bakterien elimineras, antingen av värdcellen själv eller av immunceller som värdcellen lockar till sig. Vissa sjukdomsframkallande bakterier har dock utvecklat mekanismer för att undgå sådan eliminering så att de kan etablera sig och överleva i värden. Vi har idag allvarliga problem med den ökande antibiotikaresistensen hos bakterier, vilket gör att vi i framtiden kommer att få svårt att bota vissa vanliga bakterieinfektioner med antibiotika. Därför är det viktigt att få veta mer om mekanismerna bakom bakterieinfektioner.

Vår forskning fokuseras på hur sjukdomsframkallande bakterier påverkar sina värdceller. En stor del av våra studier gäller fagocytosprocessen, den mekanism som vita blodkroppar använder för att ”äta upp” och förgöra bakterier. Vi har framför allt använt bakterien Yersinia pseudotuberculosis som modell. Yersinia är antagligen den bakterie som man idag har mest kunskap om när det gäller olika sjukdomsframkallande egenskaper, s.k. virulensmekanismer. Man har hos Yersinia identifierat många sådana mekanismer som sedan visat sig användas också av andra bakterier

En avgörande orsak till att Yersinia orsakar sjukdom hos människa och djur är att den effektivt kan avväpnar fagocyterande celler. Tre varianter av Yersinia ger sjukdom hos människor. Den mest kända är Y. pestis, som orsakade pesten. Den sprids via loppbett och kommer på så sätt i direktkontakt med blodkärl och immunceller i lymfknutar (lymfnoder) hos värden. De andra — Y. pseudotuberculosis och Y. enterocolotica — är tarmbakterier som smittar via föda. De går igenom tarmväggen innan de når de lokala lymfnoder, där de förökar sig. De flesta andra bakterier kan inte överleva på dessa platser, som innehåller massor av immunceller, utan dödas snabbt av makrofager. Yersinia överlever dock beroende på en speciell virulensmekanism som stoppar fagocytosen. Bakterien binder sig till makrofagerna, men innan den hinner ätas upp injicerar den ett protein som förstör fagocytosmaskineriet i makrofagen. En s.k. typ III-sekretionsapparat leverar virulensproteiner direkt in i värdcellen. Dessa proteiner kallas Yop-effektorer, ”Yoppar”. Sekretionsapparaten och Yopparna finns hos alla sjukdomsframkallande Yersinia-former, var och en av dessa komponenter är viktig för att ge sjukdom. Den Yop som blockerar fagocytosen kallas YopH och är ett tyrosinfosfatas, dvs. ett enzym som plockar bort fosfatgrupper från (defosforylerar) proteiner och på så sätt ändrar deras funktion.

Vi har använt Yersinia och YopH för att hitta viktiga s.k. antibakteriella mekanismer som gör att makrofager kan eliminera bakterier. Vår stategi har varit att identifiera de makrofagproteiner som attackeras av YopH. Vid fagocytos går en signal från den receptor som binder bakterien till cytoskelettet — en viktig struktur i cellen — som i sin tur omformas så att bakterien ”äts upp”. Yersinias ytprotein ”invasin” binder till 1-integrinreceptorer på värdcellen. Vi har funnit att YopH blockerar fagocytosen genom att förstöra s.k. fokalkomplex och defosforylera vissa proteiner, bl.a. FAK, Cas och FYB. Fokalkomplex är en ansamling av signalproteiner som kopplar integrinreceptorn till cytoskelettet. Genom att förstöra dessa komplex hindrar bakterien signalproteinerna att signalera och fagocytosen uteblir därmed. För att en bakterie ska kunna blockera fagocytosen på det sättet måste den ha en otroligt snabb och precis effekt. Detta har YopH, vi har funnit att detta bakterieprotein/denna bakteriefaktor kan blockera signaler som initieras direkt när bakterien binder till värdcellen. Våra data tyder på att YopH på sin väg från bakterien in i värdcellen ”hakar fast” i det fokalkomplex som är kopplat till de receptorer som binder den bakterie YopH kommer ifrån. Detta gör att YopH omedelbart slår av fagocytosmaskineriet.

Genom att konstruera mutantproteiner som vi uttrycker i celler studerar vi nu mekanismerna för de proteiner som medverkar i fagocytosprocessen. Mutationerna kan vara att vissa delar av proteinet plockas bort eller ändras. Proteinet kopplas ibland till en fluorescentflagga så att man med mikroskop kan se var i cellen proteinet finns och om det flyttar sig när cellen infekteras med bakterier.