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Infektionsmechanismus aufgeklärt So gelangen Chlamydien ins Zellinnere

Redakteur: Christian Lüttmann

Chlamydien sind als Erreger sexuell übertragbarer Krankheiten bekannt. Forscher haben nun herausgefunden, mit welchem Trick eine bestimmte Chlamydienart in menschliche Zellen eindringt, um diese zu infizieren. Dazu nutzt sie Proteine als Türöffner.

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Chlamydien dringen über einen speziellen Mechanismus in Zellen ein (Ausschnitt).
Chlamydien dringen über einen speziellen Mechanismus in Zellen ein (Ausschnitt).
(Bild: HHU / Dr. Sebastian Hänsch)

Düsseldorf – Es gibt zwei Arten von Chlamydien, die den Menschen befallen: Chlamydia trachomatis und Chlamydia pneumoniae (Cpn). Während erstere Geschlechtserkrankungen auslösen, führen Cpn zu akuten Infektionen der oberen und unteren Atemwege. Darüber hinaus werden sie mit diversen chronischen Erkrankungen wie Bronchitis und Asthma und auch mit Lungenkrebs in Verbindung gebracht, aber auch mit der Alzheimer-Demenz und der Atherosklerose. Die Mehrheit der Deutschen wird im Laufe ihres Lebens von diesen Bakterien befallen.

Um in die menschliche Zelle zu gelangen, müssen die Chlamydien zunächst deren Umgrenzung überwinden: Die Plasmamembran (PM). Sie besteht aus einer Doppelschicht von Lipiden mit eingelagerten Proteinen. Weil manche Bereiche der PM eingestülpt sind, kann die Zelle Flüssigkeit und Partikel aus der Umgebung in das Zellinnere aufnehmen, was als „Endozytose“ bezeichnet wird.

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Angriff mittels Proteinnadel

Krankheitserreger wie Chlamydien, die ebenfalls ins Zellinnere gelangen müssen, überlisten den Endozytose-Mechanismus für ihre Zwecke. Die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Johannes Hegemann von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf hat nun ein chlamydiales Protein identifiziert, das die entscheidende Rolle beim Eindringen des Cpn in die menschliche Zelle spielt: Sein Name lautet SemC.

In einem ersten Schritt schafft es das Chlamydium, SemC in die Wirtszelle einzuschleusen. Dazu injiziert es SemC über eine von vielen pathogenen Bakterien genutzte Proteinnadel direkt ins Zellinnere. Dort angekommen, bindet das Protein an die innere Plasmamembran und verändert lokal deren Struktur. Dadurch ändert sich die Gestalt der Membran: Sie wird stärker gekrümmt.

Gekrümmte Membran als Einlass

Die durch SemC ausgelöste stärkere Membrankrümmung führt nun dazu, dass sich das körpereigene Protein SNX9 dort anheftet – sowohl an die gekrümmte Membran als auch an das dort sitzende SemC. Dadurch verstärkt es die Membrankrümmung zusätzlich.

SNX9 ist für Endozytose-Prozesse der menschlichen Zelle ein essentielles Protein. Es sorgt dafür, dass sich an der einstülpenden Plasmamembran ein Zytoskelett aus Aktinfasern aufbaut und beim Einschleusen von Substanzen in die Zelle hilft. Weil das Chlamydien-Protein SemC dazu führt, dass sich verstärkt SNX9 an die Plasmamembran bindet, kann das Chlamydium nun von außen an der gekrümmten Stelle der Membran durch Endozytose in die Zelle eindringen und sich im Zellinneren vermehren. „So schafft sich das Bakterium quasi seine eigene Tür in die Zelle“, sagt Dominik Spona, der ebenfalls an dem Projekt beteiligt war.

Proteine als Therapieansatz

Die Forschungsgruppe hat einen weiteren wichtigen Beleg für das von Cpn induzierte Zusammenspiel von SNX9 und SemC gefunden. Die Kollegen des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen in München züchteten menschliche Zellen mit einer stark verringerten Menge an SNX9-Protein. „Bei diesen Zellen fiel es Chlamydia pneumoniae deutlich schwerer, die Plasmamembran mittels Endozytose zu überwinden und die Zelle zu infizieren“, sagt Spona.

Wenn die Chlamydien also nicht die körpereigenen SNX9-Proteine als „Türöffner“ ausnutzen können, fällt ihnen das Eindringen in die Zellen schwerer. Diese Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten, um eine Chlamydieninfektion zu therapieren, oder auch, um gezielt Impfstoffe zu entwickeln, die die Bakterien frühzeitig abwehren. „Ist der genaue Mechanismus entschlüsselt, ergeben sich daraus mögliche Angriffspunkte, an denen man diesen Mechanismus blockieren kann, zum Beispiel indem man die SemC-Bindung an die Plasmamembran oder an das körpereigene SNX9-Protein unterbindet“, führt Arbeitsgruppenleiter Hegemann aus.

Originalpublikation: Sebastian Hänsch, Dominik Spona, Gido Murra, Karl Köhrer, Agathe Subtil, Ana Rita Furtado, Stephan F. Lichtenthaler, Bastian Dislich, Katja Mölleken and Johannes H. Hegemann: Chlamydia-induced curvature of the host-cell plasma membrane is required for infection, PNAS February 4, 2020 117 (5) 2634-2644; first published January 21, 2020 DOI: 10.1073/pnas.1911528117

(ID:46400391)