Aktivierung von Hypoxia-Inducible Factor-1 (HIF-1) und Induktion proangiogenetischer Zytokine nach Infektion mit Bartonella henselae

Abstract

Bartonella spp. sind die einzigen bekannten bakteriellen Krankheitserreger, die beim Menschen vaskuloproliferative Krankheitsbilder wie z.B. Bazilläre Angiomatose und Peliosis hepatis hervorrufen können. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die von B. henselae induzierte proangiogenetische Wirtszellantwort zu analysieren. Im Rahmen dieser Arbeit konnte mittels Western blot gezeigt werden, dass die Infektion mit B. henselae in der Aktivierung von Hypoxia-Inducible Factor-1 (HIF-1), dem Schlüsseltranskriptionsfaktor der Angiogenese, resultiert. Im Verlauf der Infektion kommt es zur Synthese und Sekretion HIF-1-regulierter, angiogenetisch wirksamer Zytokine, wie z.B. vascular endothelial growth factor (VEGF), Adrenomedullin und insulin-like growth factor binding protein-3 (IGFBP-3). Interessanterweise ist die Aktivierung von HIF-1 in Wirtszellen nicht allein auf B. henselae beschränkt. Auch andere Bakterien wie z.B. Escherichia coli und Yersinia enterocolitica sind zur Aktivierung dieses Transkriptionsfaktors fähig. Allerdings resultiert einzig die Infektion mit B. henselae in der Sekretion der o.g. angiogenetisch wirksamen Zytokine. Als wesentlicher Pathogenitätsfaktor bei B. henselae-Infektionen fungiert Bartonella Adhäsin A (BadA), ein 340 kD großes äußeres Membranprotein, das für die Adhärenz von B. henselae an Endothelzellen und an Komponenten der extrazellulären Matrix eine entscheidende Rolle spielt. Die Expression von BadA ist entscheidend für die Aktivierung von HIF-1 sowie die nachfolgende Sekretion von proangiogenetischen Zytokinen in Wirtszellen durch Infektion mit B. henselae. Analog dazu führt eine BadA-defiziente Mutante - B. henselae BadA- - zu keiner Sekretion der o.g. vaskuloproliferativen Zytokine. Damit konnte in dieser Arbeit zum ersten Mal die Aktivierung von HIF-1 im Verlauf bakterieller Infektionen nachgewiesen werden. Weiterhin war es möglich, die wesentliche Rolle des Oberflächenmoleküls BadA an der Auslösung der proangiogenetischen Wirtszellantwort nach Infektion mit B. henselae zu belegen.

Bartonella species are the only known bacterial pathogens causing vasculoproliferative disorders in humans, such as bacillary angiomatosis or peliosis hepatis. The thesis analysed the proangiogenic host cell response induced by infection with B. henselae. Activation of hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1), the key transcription factor involved in angiogenesis, was detected in B. henselae-infected host cells in vitro by Western blotting. In the course of the infection HIF-regulated and vasculoproliferative cytokines are produced and secreted, for example vascular endothelial growth factor (VEGF), Adrenomedullin und insulin-like growth factor binding protein-3 (IGFBP-3). Interestingly the ability to activate HIF-1 in host cells is not restricted to B. henselae. Other bacteria such as Escherichia coli and Yersinia enterocolitica are able to activate this transcription factor, too. However, only the infection with B. henselae results in the secretion of the above mentioned angiogenic cytokines. A 340-kD outer membrane protein - Bartonella adhesin A (BadA) - is a major pathogenicity factor of B. henselae, it mediates the binding of B. henselae to extracellular matrix proteins and to endothelial cells. The expression of BadA is crucial for the activation of HIF-1 and the following secretion of proangiogenic cytokines in host cells after infection with B. henselae. Analogously a BadA-deficient mutant - B. henslae BadA- - is not able to induce the above mentioned vasculoproliferative cytokines. For the first time the data provide evidence that bacterial infections result in the activation of HIF-1. Furthermore it was possible to show the crucial role of the outer membrane protein BadA in the induction of the proangiogenic host cell response after infection with B. henselae.