Marion Abele

• Das two-partner secretion-system (TPS-System) ist ein unter Gram-negativen Bakterien weit verbreiteter Weg der Proteinsekretion. Die als TpsA bezeichneten Exoproteine des TPS Systems benötigen ein spezifisches Partnerprotein (genannt TpsB) in Form eines kanalbildenden Transporters. Im sequenzierten Genom des Meningokokkenstammes MC58 finden sich fünf putative tpsA Gene, die als hemagglutinin/hemolysin-related protein (hrps) bezeichnete werden. Neben MC58 finden sich auch in den anderen sequenzierten Meningokokkenstämmen (FAM18, Z2491, alpha14)Das two-partner secretion-system (TPS-System) ist ein unter Gram-negativen Bakterien weit verbreiteter Weg der Proteinsekretion. Die als TpsA bezeichneten Exoproteine des TPS Systems benötigen ein spezifisches Partnerprotein (genannt TpsB) in Form eines kanalbildenden Transporters. Im sequenzierten Genom des Meningokokkenstammes MC58 finden sich fünf putative tpsA Gene, die als hemagglutinin/hemolysin-related protein (hrps) bezeichnete werden. Neben MC58 finden sich auch in den anderen sequenzierten Meningokokkenstämmen (FAM18, Z2491, alpha14) hrps. Diese weisen N-terminal Homologien zum filamentösen Hämagglutinin (FHA) von B. pertussis auf, das als TpsA-Protein des two-partner-secretion-system (TPS) aus der Zelle transportiert wird. In dieser Arbeit werden die hrps als hrpA Gene bzw. HrpA-Proteine bezeichnet. Alle sequenzierten Meningokokkenstämme verfügen über tpsB homologe Gene (hrpB), die jeweils in enger Nachbarschaft zu den hrpA Genen zu finden sind. Das Vorhandensein von hrpA und hrpB Genen deutet darauf hin, dass auch Meningokokken über ein funktionales TPS-System verfügen. Bei einer Dot-Blot-Analyse von 830 Meningokokkenstämmen aus einer bayerischen Trägerstudie mit Sonden spezifisch für die C-terminalen Bereiche der im Stamm MC58 gefundenen hrpA Gene hybridisierten 80% der ausgewerteten Stämme mit mindestens einer der Sonden. Stämme der hypervirulenten klonalen Komplexen (ST-8, ST-11, ST32, ST-44) zeigten sogar in über 99% eine positive Reaktion. Dagegen wiesen die nicht-hypervirulenten klonalen Komplexe zu 29% im Dot Blot kein hrpA auf, das homolog zu den hrpA Genen von Stamm MC58 ist, wobei es sich hierbei mehrheitlich (82%) um cnl Stämme handelte, so dass sich nur in 10% der untersuchten Kapsel-null-locus-Stämme (cnl) ein zu den hrpA Genen von MC58 homologes Gen nachweisen ließ. Mit der Hypothese, dass auch diese Stämme ein hrpA besitzen, welches sich im C-terimalen Anteil von denen des MC58 unterscheidet wurden in dieser Arbeit Dot Blots durchgeführt, deren Sonde spezifisch für das hrpB NMC0443 war. 97,6% der mit dieser Sonde untersuchten Stämme zeigten die Anwesenheit eines hrpB Homologs. Um die Vermutung zu bestätigen, dass allen hrpB Genen ein zugehöriges hrpA Gen benachbart liegt, wurden repräsentativ PCRs von häufigen klonalen Komplexen durchgeführt. Dabei konnte gezeigt werden, dass ein TPS-System sowohl in den hypervirulenten als auch den nicht-hypervirulenten klonalen Komplexen der Meningokokken vorkommt. Die vielfältigen Funktionen von bereits untersuchten TpsA Proteinen sind zumeist mit der Pathogenität der Bakterien assoziiert. In dieser Arbeit wurde ein möglicher Einfluss der HrpA Proteine auf die Adhäsion der Bakterien an humane Zellen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl eine kapsellose, als auch eine kapsellose, LPS-trunkierte hrpA Deletionsmutante signifikant schlechter an Epithelzellen adhäriert als die parentalen Vergleichsstämme. Ebenso zeigten die analog durchgeführten Infektionsversuche mit der hrpB Deletionsmutante einen Adhärenzverlust, der jedoch nur für die unbekapselte und LPS trunkierte hrpB Deletionsmutante signifikant war. In dieser Arbeit ist es gelungen das HrpB Protein des Stammes 2120 in E. coli zu exprimieren und aufzureinigen, sodass die Entwicklung eines gegen HrpB gerichteten Antikörpers in Auftrag gegeben werden konnte. Mit Hilfe dieses Antikörpers sollen noch offene Fragen zur Synthese und dem Transport des HrpB Transportproteins beantwortet werden. Außerdem können weitere Untersuchungen zur Lage und Verteilung der HrpBs in der Meningokokkenmembran dazu beitragen, weiteren Aufschluss über die Komplexität von Pathogenität und Virulenz von N. meningitidis zu geben.…
• The two-partner secretion system (TPS sytem) is a widely distributed pathway for protein secretion in Gram-negative bacteria. The transport of the exoproteins, named TpsA requires a specific channel-forming transporter protein termed TpsB. The sequenced genome of the Neisseria meningitidis strain MC 58 harbors five putative tpsAs, annotated as hemagglutinin/hemolysin-related protein (hrps). In addition, there are hrps present in the sequenced strains FAM18, Z2491 and alpha14. These hrpAs show N-terminal sequence similarities to filamentousThe two-partner secretion system (TPS sytem) is a widely distributed pathway for protein secretion in Gram-negative bacteria. The transport of the exoproteins, named TpsA requires a specific channel-forming transporter protein termed TpsB. The sequenced genome of the Neisseria meningitidis strain MC 58 harbors five putative tpsAs, annotated as hemagglutinin/hemolysin-related protein (hrps). In addition, there are hrps present in the sequenced strains FAM18, Z2491 and alpha14. These hrpAs show N-terminal sequence similarities to filamentous hemagglutinin (FHA) of B. pertussis, which represents the TpsA of the Bordetella TPS. According to their homology with FHA, the hrps are referred to as hrpA genes/ HrpA proteins (TpsA homologue), respectively. All sequenced strains of meningococci possess tpsB homologues genes (hrpB), closed to the hrpA genes, suggesting the presence of a functional TPS in N. meningitidis. A panel of 830 N. meningitidis isolated from healthy individuals was analyzed by dot blotting with specific probes for the C-terminal domain of strain MC58 hrpA genes. 80 % of the isolates were found to be positive for at least one of the probes. A positive signal could be demonstrated in over 99 % of the strains belonging to one of the known hypervirulent lineages (ST-8, ST-11, ST32, ST-44). Interestingly, the presence of a hrpA gene homologous to one of the MC58 hrpA genes could not be detected in 29 % of the non-hypervirulent lineages. Among those strains that did not hybridize with the probes, 82 % belonged to the clonal complex harboring the capsule null locus (cnl). We hypothesized that strains which were negative with the MC58 hrpA probes harbor undetected hrpA genes with C-terminal nucleotide sequences different from those present in strain MC58. Therefore, additional dot blots were performed with a probe specific for the highly conserved meningococcal hrpB gene NMC0443. Almost all strains (97,6%) hybridized with the probe specific for the hrpB gene. As genes for cognate HrpA protein and transporter protein are closely associated in known TPS systems, this hypothesis was tested by PCR of a selection of strains representing common clonal complexes. We showed that the TPS system is ubiquitously present in meningococci both in hypervirulent and non-hypervirulent lineages. Several TpsA proteins have been shown to contribute to virulence of bacteria. In this study we investigated the effect of HrpA proteins to adhesion of bacteria at epithelial cells. A hrpA deletion mutant displayed significantly reduced adherence to epithelial cells. This effect was observed in an unencapsulated background as well as unencapsulated background with truncated LPS. Similary designed studies with a hrpB deletion mutant resulted in reduced adherence, however only in the unencapsulated and LPS truncated background. In this study the HrpB protein was expressed and purified in E. coli and used for generation of an antiserum. This antiserum is available for further investigations concerning synthesis, transport, position and distribution of HrpB.…