Vorlesung 6

bakterielle Infektionskrankheit, Erreger: Vibrio cholerae

Erkankung: schwere Durchfälle und Erbrechen -> Wasserverlust (Dehydratation)

Choleratoxin: AB5-Toxin

B-Untereinheit: bindet an Gangliosid G;1 in der Plasmamembran von Darmepithelzellen

Problemregionen:

• keine Trennung von Fäkalienbeseitigung und Trinkwassergewinnung (Armut)

• Umweltkatastrophen (Überflutungen, Erdbeben)

Infektion: Trinkwasser und Nahrungsmittel (Gemüse, Fisch u.a.)

Therapie:

• Ausgleich des Flüssigkeits- und Elektrolytverlustes (Infusionen)

• Antibiotika

Erreger setzt nicht nur CT sondern auch Sialidase frei

gibt verschiedene Sialidase (bzw. Neuraminidasen), Unterscheidung zwischen Endo- und Exosialidasen

Exosialidasen spalten terminal gebundene Sialinsäuren, Endosialidasen spalten Ketten von Sialinsäuren (Polysialinsäuren)

Vibrio cholerae sekretiert Exosialidase

sekretierte Neuraminidase, die α2-3, α2-6 und α2-8 gebundene Neuraminsäure

generiert so zusätzliche Rezeptoren, weil GM1 nur in geringen Mengen auf Darmepithelzellen vorkommt

Anordnung der GM1-Rezeptormoleküle in lipid rafts für effiziente Bindung an Zelloberfläche und anschließenden retrograden Transport in Zellinnere erforderlich

nach Internalisierung Toxin zu Endosomen geleitet, dort über Golgi zum Endoplasmatischen Reticulum

dort A-Untereinheit von B-Pentamer getrennt, entfaltet und als linearer Proteinstrang durch Kanalprotein Sec61 ins Cytosol transferiert, wo es cytotoxische Wirkung ausübt

ADP-Ribosylierung von Gs-Proteinen durch A-Untereinheit führt zu deren Daueraktivierung -> Anstieg der intrazellulären cAMP Konzentration -> massiver Flüssigkeitsverlust (Dehydratation) in Form von starken Durchfällen, kann unbehandelt zum Tod führen

primär nahrungsmittelbedingte Erkrankung

klinische Symptome: umkomplizierte Durchfälle, blutige Durchfälle, hämorrhagische Kolitis (blutige Durchfälle, nur bedingt behandelbar), hämolytisch-urämisches Syndrom (HUS) -> hämolytische Anämie, Thrombozytopenie, akutes Nierenversagen

-> Schädigung des mikrovaskulären Endothels in den Nieren und Gehirn

hämolytische Anämie (Blutarmut) wird auf mechanische Schädigung der Erythrozyten zurückgeführt

Thrombozyten binden an Gefäßendothelzellen, verengen insbesondere die Mikrogefäße der Nieren -> Thrombosen

da sich Erythrozyten durch verengte Blutgefäße zwängen müssen, führt mechanischer Stress zu Erythrozyten-Fragmenten

diese und kleinere Zelltrümmer in der Niere abgebaut, Resultat Anämie, da nicht schnell genug neue Erythrozyten aus Knochenmark nachgeliefert werden können

Thrombozytopenie (Thrombozytenarmut) resultiert aus Thrombosenbildung, dadurch nimmt Anzahl der freien Thrombozyten im Blutkreislauf ab

wenn akutes Nierenversagen Dialysebehandlung erforderlich

Beeinträchtigung der Nieren im wesentlichen auf Schädigung der mikrovaskulären Endothelzellen zurückzuführen, dafür Stx verantwortlich

gleiches gilt fürs Gehirn

potentielle Infektinosquellen: mit Rinderfäkalien kontaminierte Lebensmittel, unpasteurisierte Rohmilch, unzureichend gegartes Rindfleisch, Feldgemüse, Gewässer

üblicherweise Kinder betroffen

bei schwerer hämorrhagischen Kolitis unter Umständen partielle Entfernung des Dickdarms

EHEC-Bakterien induzieren kleine “Podeste” auf Zelloberfläche der Epithelzellen, bei denen es sich um Aktin-reiche Strukturen handelt, an die sich die Keime anheften

durch Schädigung des Darmepithels Läsionen der Blutgefäße -> Stx gelangt ins Blut und dort zu Zielzellen

EHEC-Bakterien selber nicht ins Blut -> keine Sepsis

Stx bindet im Blut an Granulozyten, verteilen Toxin über Blutbahn im Organismus

Stx heftet sich vorzugsweise in Kapillaren der Nieren und Gehirns an Zelloberfläche der Endothelzellen, wird von diesen aufgenommen

führt relativ schnell zum Zelltod, kann in Summe Totalausfall der Nieren und massive Gehirnschädigungen zur Folge haben

von Stx1 gibt es drei Subtypen (Stx1a, Stx1c, Stx1d)

Stx2 mindestens 7 Subtypen (Stx2a bis Stx2g)

für Menschen Stx1a und Stx2a von klinischer Relevanz, da EHEC-Stämme die diese beiden Subtypen produzieren mit einem schweren Verlauf einer EHEC-Infektion assoziiert sind

veterinärmedizinisch Stx2e -> Ödemerkrankung von Ferkeln

Rezeptor (Gb3Cer)- vermittelte Bindung der B-Untereinheit

retrograder Transport von Stx ins Zellinnere

Aktivierung der A-Untereinheit durch Furin-Spaltung

rRNA-N-Glykosidase-Aktivität der A1-Untereinheit resultiert in der Abspaltung eines Adenins in der 28S rRNA der Ribosomen

Inhibition der Proteinbiosynthese -> Zelltod

nach Bindung des Stx-Holotoxins an Gb3Cer in Plasmamembran wird Stx-Gb3Cer-Komplex internalisiert

Clusterbildung des Gb3Cer in lipid rafts für zelluläre Adhäsion und intrazellulären Transport essentiell

bei Transport durch Golgi-Apparat und Transfer ins Cytosol A1-Fragment durch Enzym Furin von A-Untereinheit abgespalten, Disulfidbrücke unter reduzierenden Bedingungen gelöst

A1-Teil gelangt zu den Ribosomen, wo es zytotoxische Wirkung ausübt

-> Stx gehört zu den Ribosomen-inaktvierenden Proteinen (RIP) WICHTIG

N-Glykosidase-Aktvität des A1-Fragments katalysiert spezifische Depurinierung eines Adenosinrestes an bestimmter Stelle in ribosomaler RNA

dadurch Proteinbiosynthese der Zelle irreversibel inhibiert

-> Zelltod

Zielstruktur ist Nukleosid Adenosin

N-Glykosidase (A1) spaltet hochspezifisch die N-glykosidische Bindung zwischen N9-Atom vom Adenin und dem C1-Atom der Ribose

strukturell sehr ähnliche Struktur des Guanosin nicht angegriffen

bei rRNA ganz bestimmter loop betroffen, der sich in verschiedenen Bakterien-, Pflanzen- und Tierspezies nur geringfügig unterscheidet

zu RIPs zählen zahlreiche giftige pflanzliche Lektine