Analyse der Bartonella henselae-induzierten angiogenetischen Wirtszellantwort

Abstract

Der Transkriptionsfaktor HIF-1 ist als wichtigster Induktor der Angiogenese bekannt. Zum ersten Mal konnten wir eine Bartonella-BadA, jedoch nicht Bartonella-LPS abhängige HIF-1-Aktivierung zeigen. Eine Infektion mit Bartonella spp., den einzigen bisher bekannten bakteriellen Pathogenen, die vaskuloproliferative Erkrankungen beim Menschen hervorrufen (bazilläre Angiomatose, BA), führt zu einem erhöhten zellulären Sauerstoff- und ATP-Verbrauch, zu einer Aktivierung der Transkriptionsfaktoren NF-kappaB und HIF-1 und zu einem für zelluläre Hypoxie typischen Genexpressionsmuster. Dieses beinhaltet sieben Gene, die in der Angiogenese, drei Gene, die in der Nutzung von Glucose und sieben Gene, die in der Signaltransduktion und Regulation des Zellzyklus eine Rolle spielen. HIF-1 spielt eine entscheidende Rolle in der B. henselae-induzierten VEGF-Expression, wie durch Inhibition von HIF-1 mittels spezifischer siRNA gezeigt werden konnte. Die Aktivierung von HIF-1 nach einer B. henselae-Infektion wurde sowohl in vitro im Zellkulturmodell als auch in vivo anhand von BA-Patientenbiopsaten nachgewiesen. In weiteren Experimenten mit Kontrollbakterien konnten wir zeigen, dass die Induktion einer angiogenetischen Wirtszellantwort eine B. henselae-spezifische Pathogenitätsstrategie darstellt. Da bekannt ist, dass die HIF-1-Aktivität durch Prolylhydroxylasen reguliert wird, untersuchten wir die Induktion der PHD-mRNA nach einer B. henselae-Infektion. Dabei haben wir eine Induktion von PHD2- und PHD3-, nicht aber von PHD1-mRNA beobachtet. Unsere Daten zeigen, dass B. henselae eine proangiogenetische Wirtszellantwort mittels HIF-1 induziert und liefern somit das erste Mal Hinweise für eine Rolle von HIF-1 in bakteriellen Infektionen.

Hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1) is the key transcription factor responsible for the induction of angiogenesis. Here we show for the first time a Bartonella-BadA, but not Bartonella-LPS-dependent activation of HIF-1. Infection with Bartonella spp., the only known bacterial pathogens causing vasculoproliferative disorders in humans (bacillary angiomatosis, BA) results in increased cellular oxygen and ATP consumption, activation of NF-kappaB and HIF-1 and gene expression typical for the cellular response to hypoxia, including seven genes involved in angiogenesis, three genes of the glucose-utilisation pathway and seven genes involved in signal transduction and cell cycle regulation. HIF-1 was essential for B. henselae-induced VEGF expression as shown by inhibition using HIF-1 specific siRNA. Activation of HIF-1 by B. henselae occurred after infection of cultured host cells in vitro and was also demonstrated in patient´s BA tissue lesions in vivo. Further experiments with control bacteria showed that the induction of an angiogenic host cell response is a B. henselae-specific pathogenic strategy. As HIF-1 activity is known to be regulated by prolylhydroxylases (PHDs), we investigated induction of PHD-mRNA upon B. henslae-infection. We observed that PHD2- and PHD3-, but not PHD1-mRNA was induced upon infection. Our data show that B. henselae induces a proangiogenic host cell response via HIF-1 and provide for the first time evidence that HIF-1 plays a role in bacterial infections.