Rab6 and Rab11 Regulate Chlamydia trachomatis Development and Golgin-84-Dependent Golgi Fragmentation

Many intracellular pathogens that replicate in special membrane bound compartments exploit cellular trafficking pathways by targeting small GTPases, including Rab proteins. Members of the Chlamydiaceae recruit a subset of Rab proteins to their inclusions, but the significance of these interactions is uncertain. Using RNA interference, we identified Rab6 and Rab11 as important regulators of Chlamydia infections. Depletion of either Rab6 or Rab11, but not the other Rab proteins tested, decreased the formation of infectious particles. We further examined the interplay between these Rab proteins and the Golgi matrix components golgin-84 and p115 with regard to Chlamydia-induced Golgi fragmentation. Silencing of the Rab proteins blocked Chlamydia-induced and golgin-84 knockdown-stimulated Golgi disruption, whereas Golgi fragmentation was unaffected in p115 depleted cells. Interestingly, p115-induced Golgi fragmentation could rescue Chlamydia propagation in Rab6 and Rab11 knockdown cells. Furthermore, transport of nutrients to Chlamydia, as monitored by BODIPY-Ceramide, was inhibited by Rab6 and Rab11 knockdown. Taken together, our results demonstrate that Rab6 and Rab11 are key regulators of Golgi stability and further support the notion that Chlamydia subverts Golgi structure to enhance its intracellular development

Rab-Proteine kontrollieren die Chlamydien-induzierte Fragmentierung des Golgi-Apparates

Weltweit kommt es jährlich zu 90 Mio. Neuinfektionen mit dem sexuell übertragbaren Erreger Chlamydia trachomatis. Allerdings sind die Faktoren, die eine erfolgreiche bakterielle Vermehrung ermöglichen, weitgehend unbekannt. Während ihrer obligat intrazellulären Entwicklung sind Chlamydien auf die Errichtung und Erhaltung ihrer Nische, der Inklusion, angewiesen. Durch Interaktionen mit vesikulären Transportwegen der Wirtszelle, welche z.B. Sphingolipide transportieren, sichern die Bakterien ihr Überleben. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass Chlamydien während einer Infektion die Auflösung der Struktur des Golgi-Apparates induzieren. Mit Hilfe der RNA-Interferenz-Technik (RNAi) wurden die Auswirkungen des Verlustes von Golgi-Strukturproteinen auf die bakterielle Vermehrung untersucht. Der funktionelle Ausfall von Golginen, wie z.B. Golgin-84 führte zu einer Fragmentierung des Golgi-Apparates. Diese begünstigte die chlamydiale Produktion neuer infektiöser Partikel, was eine verbesserte Versorgung mit Nährstoffen nahelegt. Im vesikulären Transport von Nährstoffen übernehmen Rab-Proteine eine Schlüsselrolle. Interessanterweise konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass der Verlust von Rab6 und Rab11 durch RNAi zu einer signifikanten Verringerung der Anzahl infektiöser Nachkommen führte. In diesen Zellen wurde der Golgi-Apparat nicht fragmentiert und der Transport von Sphingolipiden zu den Bakterien war stark vermindert. Untersuchungen nach simultaner Herunterregulation von Golgin-84 und Rab6 oder Rab11 demonstrierten abschließend, dass eine Kontrolle der Golgin-84-induzierten Golgi-Fragmentierung über Rab-Proteine möglich sein könnte. Die Ergebnisse dieser Arbeit offenbaren einen neuen Zusammenhang zwischen der Struktur des Golgi-Apparates und dessen Kontrolle über Rab-Proteine und ermöglichen einen tieferen Einblick in die Funktion des Golgi-Apparates während einer Chlamydien-Infektion.Worldwide, approximately 90 mio. people are infected with the obligate intracellular bacterium Chlamydia trachomatis. However the factors involved in its successful infection and replication remain unknown. Chlamydia survive and replicate within a membrane bound niche inside host cells, termed the inclusion. To ensure survival, the chlamydial inclusion intercepts vesicular trafficking pathways of the host cell to acquire essential nutrients, such as sphingolipids. However, the exact mechanisms by which Chlamydia acquire these lipids have not been elucidated. The present work established that infection of host mammalian cells with C. trachomatis induced fragmentation of the Golgi-apparatus, but details of the mechanism to the bacterium’s pathogenesis are still required. Using RNA-Interference the role of specific Golgi-apparatus structural proteins in bacterial infectivity was investigated. Knockdown of Golgins in host cells resulted in a fragmented Golgi-apparatus and an associated increase in chlamydial replication, suggesting an enhanced acquisition of nutrients. Since Rab-proteins are known to co-ordinate the intracellular vesicular transport of nutrients, their importance in chlamydial infectivity was also investigated. Interestingly, knock down of Rab6 and Rab11 led to a significant reduction in infectious progeny. Surprisingly, upon knock down of Rab6 or Rab11 the Golgi-apparatus remained intact and sphingolipid transport into the inclusion was severely perturbed. Finally, analysis of cells simultaneously depleted of golgin-84 and Rab6 or Rab11 suggested a possible role of Rab-proteins in the control of golgin-84-induced Golgi fragmentation. These data demonstrate a yet unknown relationship between the structure of the Golgi-apparatus and its regulation and control by Rab-proteins. Furthermore, this work contributes to the existing knowledge regarding the function of the Golgi-apparatus during chlamydial infections