Die Bedeutung verschiedener CRASP-Proteine für die Komplementresistenz von Borrelia burgdorferi s.s.

Die vorliegende Arbeit liefert einen wichtigen Beitrag zum Verständnis des molekularen Mechanismus der Immunevasion von B. burgdorferi s.s., insbesondere der Bedeutung einzelner CRASP-Proteine für die Komplementresistenz. Sie trägt dazu bei, die Relevanz dieser Proteine für die Pathogenese dieses Erregers zu untermauern. Im Rahmen dieser Arbeit gelang es, verschiedene Vektoren mit den ursprünglichen oder mutierten CRASP-kodierenden Genen cspA, cspZ, erpP und erpA aus B. burgdorferi s.s. zu generieren und diese in das CRASP-negative Isolat B. garinii G1 zu transformieren. Die Expression der speziesfremden Gene als auch der Transport der CRASP-Moleküle auf die Zelloberfläche von B. garinii G1 konnten nachgewiesen werden. Für die konstitutiv CRASP-1- oder CRASP-2-produzierenden Borrelienzellen konnte gezeigt werden, dass diese, auf der Zelloberfläche lokalisierten CRASP-Moleküle mit Faktor H und FHL-1 interagieren, die gebundenen Komplementregulatoren ihre funktionelle Aktivität zur C3b-Inaktivierung aufrechterhalten und die Zellen in Gegenwart von Komplement überleben. Damit wurde erstmals der Nachweis erbracht, dass beide CRASP-Moleküle unabhängig voneinander Schutz vor komplementvermittelter Lyse verleihen. Untersuchungen mit den veränderten CRASP-1-Molekülen ergaben, dass die Transformante G1/pCRASP-1 E147K eine verringerte Bindung von Faktor H und FHL-1 aufwies, welche sich jedoch nicht auf die Komplementresistenz der Zellen auswirkte. Im Gegensatz dazu führte eine Aminosäuresubstitution im C-Terminus des CRASP-1-Moleküls an Position 240 zum Verlust der Bindung von Faktor H und einer stark verminderten Bindung von FHL-1, so dass auch keine Kofaktoraktivität nachgewiesen werden konnte. Trotz des Bindungsverlustes beider Komplementregulatoren zeigte die Transformante G1/pCRASP-1 Y240A nur geringe Ablagerungen des lytischen, terminalen Komplementkomplexes (TCC) auf der Zelloberfläche und Wachstum in Gegenwart von aktiven Komplement. Mittels eines Hämolyse-Assays wurde schließlich festgestellt, dass CRASP-1 direkt mit Komponenten des Komplementsystems interagiert und dadurch die Assemblierung des TCC verhindert. Die Bedeutung der Aminosäuren an den Positionen 81, 139, 207 und 211 im CRASP-2-Molekül für die Faktor H / FHL-1-Bindung und die daraus resultierenden Auswirkungen auf die Komplementresistenz der Borrelien wurde gleichfalls nachgewiesen. Dabei wies insbesondere die Transformante G1/pCRASP-2 Y211A ein inhibiertes Wachstum in Humanserum und verstärkt Komplementablagerungen auf der Zelloberfläche auf, was auf den Verlust bzw. der sehr schwachen Bindung von FHL-1 und Faktor H zurückzuführen ist. Im Gegensatz zu den Transformanten, welche ein CRASP-2-Molekül mit nur einem Aminosäureaustausch produzierten, zeigten die Transformanten, deren CRASP-2-Molekül zwei Aminosäuresubstitutionen aufwies (G1/pCRASP-2 R139A-Y207A, G1/pCRASP-2 R139A-Y211A, G1/pCRASP-2 Y207A-Y211A) keine Bindung der beiden Regulatorproteine und keinen Schutz der Zellen vor der lytischen Wirkung von Komplement. Neue, unerwartete Erkenntnisse ergaben sich aus den Untersuchungen mit Borrelienzellen, welche das CRASP-3- oder CRASP-5-kodierende erpP- bzw. erpA-Gen enthielten. Obwohl gereinigtes als auch denaturiertes CRASP-3 und RASP-5 in der Lage war, Faktor H zu binden, wiesen die vitalen Zellen der Transformanten G1/pCRASP-3 und G1/pCRASP-5 keine Bindung von Faktor H und keinen Schutz der Zellen vor komplementvermittelter Lyse auf. Aus den durchgeführten Untersuchungen konnten für gereinigtes CRASP-3 und CRASP-5 als auch für die CRASP-3- und CRASP-5-produzierenden Transformanten neue Liganden, nämlich CFHR-2 und CFHR-5, aus Humanserum identifiziert werden. Zusammenfassend lassen sich folgende Aussagen hinsichtlich des molekularen Mechanismus der Komplementresistenz bei B. burgdorferi s.s. aus den erhobenen Daten dieser Arbeit mit transformierten Borrelienzellen formulieren: *Die Komplementresistenz der Borrelien wird durch die Faktor H- und FHL-1-bindenden Proteine CRASP-1 und CRASP-2, jedoch nicht durch CRASP-3 und CRASP-5 determiniert, *CRASP-1 als multifunktionelles Protein ist zusätzlich in der Lage, direkt mit Komplement zu interagieren, *Die C-terminalen Domänen von CRASP-1 und CRASP-2 sind für die Bindung der beiden Komplementregulatoren Faktor H und FHL-1 relevant, *CRASP-3 und CRASP-5 auf der Borrelienoberfläche lokalisiert, interagieren mit CFHR-1, CFHR-2 und CFHR-5, aber nicht mit Faktor H

Expanding the phenotypic spectrum of lupus erythematosus in Aicardi-Goutie`res syndrome

Objective. Aicardi-Goutie`res syndrome (AGS) isan early-onset encephalopathy resembling congenitalviral infection that is characterized by basal gangliacalcifications, loss of white matter, cerebrospinal fluid(CSF) lymphocytosis, and elevated interferon- levels inthe CSF. Studies have shown that AGS is an autosomalrecessivedisease linked to mutations in 5 genes, encodingthe 3 -repair DNA exonuclease 1 (TREX1), the 3subunits of ribonuclease H2 (RNASEH2A–C), and sterilealpha motif domain and HD domain–containingprotein 1 (SAMHD1). In this study we further characterizedthe phenotypic spectrum of this disease.Methods. Clinical and laboratory data were obtainedfrom 26 patients fulfilling the clinical diagnosticcriteria for AGS. Genomic DNA was screened for mutationsin all 5 AGS genes by direct sequencing, and serawere analyzed for autoantibodies.Results. In 20 patients with AGS, 20 mutations,12 of which were novel, were identified in all 5 AGSgenes. Clinical and laboratory investigations revealed ahigh prevalence of features (some not previously describedin patients with AGS) that are commonly seen inpatients with systemic lupus erythematosus (SLE), suchas thrombocytopenia, leukocytopenia, antinuclear antibodies,erythematous lesions, oral ulcers, and arthritis,which were observed in 12 (60%) of 20 patients withAGS. Moreover, the coexistence of AGS and SLE, wasfor the first time, demonstrated in 2 patients withmolecularly proven AGS.Conclusion. These findings expand the phenotypicspectrum of lupus erythematosus in AGS andprovide further insight into its disease mechanisms by showing that activation of the innate immune system asa result of inherited defects in nucleic acid metabolismcould lead to systemic autoimmunity

Epidemic Microclusters of Blood-Culture Proven Sepsis in Very-Low-Birth Weight Infants: Experience of the German Neonatal Network

INTRODUCTION: We evaluated blood culture-proven sepsis episodes occurring in microclusters in very-low-birth-weight infants born in the German Neonatal Network (GNN) during 2009-2010. METHODS: Thirty-seven centers participated in GNN; 23 centers enrolled ≥50 VLBW infants in the study period. Data quality was approved by on-site monitoring. Microclusters of sepsis were defined as occurrence of at least two blood-culture proven sepsis events in different patients of one center within 3 months with the same bacterial species. For microcluster analysis, we selected sepsis episodes with typically cross-transmitted bacteria of high clinical significance including gram-negative rods and Enterococcus spp. RESULTS: In our cohort, 12/2110 (0.6%) infants were documented with an early-onset sepsis and 235 late-onset sepsis episodes (≥72 h of age) occurred in 203/2110 (9.6%) VLBW infants. In 182/235 (77.4%) late-onset sepsis episodes gram-positive bacteria were documented, while coagulase negative staphylococci were found to be the most predominant pathogens (48.5%, 95%CI: 42.01-55.01). Candida spp. and gram-negative bacilli caused 10/235 (4.3%, 95%CI: 1.68% -6.83%) and 43/235 (18.5%) late-onset sepsis episodes, respectively. Eleven microclusters of blood-culture proven sepsis were detected in 7 hospitals involving a total 26 infants. 16/26 cluster patients suffered from Klebsiella spp. sepsis. The median time interval between the first patient's Klebsiella spp. sepsis and cluster cases was 14.1 days (interquartile range: 1-27 days). First patients in the cluster, their linked cases and sporadic sepsis events did not show significant differences in short term outcome parameters. DISCUSSION: Microclusters of infection are an important phenomenon for late-onset sepsis. Most gram-negative cluster infections occur within 30 days after the first patient was diagnosed and Klebsiella spp. play a major role. It is essential to monitor epidemic microclusters of sepsis in surveillance networks to adapt clinical practice, inform policy and further improve quality of care

Complement Factor H-Related Proteins CFHR2 and CFHR5 Represent Novel Ligands for the Infection-Associated CRASP Proteins of Borrelia burgdorferi

Background: One virulence property of Borrelia burgdorferi is its resistance to innate immunity, in particular to complement-mediated killing. Serum-resistant B. burgdorferi express up to five distinct complement regulator-acquiring surface proteins (CRASP) which interact with complement regulator factor H (CFH) and factor H-like protein 1 (FHL1) or factor H-related protein 1 (CFHR1). In the present study we elucidate the role of the infection-associated CRASP-3 and CRASP-5 protein to serve as ligands for additional complement regulatory proteins as well as for complement resistance of B. burgdorferi. Methodology/Principal Findings: To elucidate whether CRASP-5 and CRASP-3 interact with various human proteins, both borrelial proteins were immobilized on magnetic beads. Following incubation with human serum, bound proteins were eluted and separated by Glycine-SDS-PAGE. In addition to CFH and CFHR1, complement regulators CFHR2 and CFHR5 were identified as novel ligands for both borrelial proteins by employing MALDI-TOF. To further assess the contributions of CRASP-3 and CRASP-5 to complement resistance, a serum-sensitive B. garinii strain G1 which lacks all CFH-binding proteins was used as a valuable model for functional analyses. Both CRASPs expressed on the B. garinii outer surface bound CFH as well as CFHR1 and CFHR2 in ELISA. In contrast, live B. garinii bound CFHR1, CFHR2, and CFHR5 and only miniscute amounts of CFH as demonstrated by serum adsorption assays and FACS analyses. Further functional analysis revealed that upon NHS incubation, CRASP-3 or CRASP-5 expressing borreliae were killed by complement. Conclusions/Significance: In the absence of CFH and the presence of CFHR1, CFHR2 and CFHR5, assembly and integration of the membrane attack complex was not efficiently inhibited indicating that CFH in co-operation with CFHR1, CFHR2 and CFHR5 supports complement evasion of B. burgdorferi

The effect of Environmental Tobacco Smoke on the upper respiratory tracts and the risk for genotoxic damage on children

Tabakrauch stellt inzwischen die bedeutendste Quelle von Luftverschmutzung in Innenräumen dar. Vor allem Kinder sind mangels Vermeidbarkeit dem Tabakrauch schutzlos ausgesetzt. Ziel der Arbeit ist es, die Auswirkungen des Passivrauchens auf die oberen Atemwege und die gentoxische Belastung von Kindern zu untersuchen. Hierfür wurden die Daten von 211 Kindern mit Hilfe eines umweltmedizinischen Fragebogens analysiert. Zur Bestimmung der inneren Belastung wurden die Hämoglobinaddukte von 4-Aminobiphenyl, einem humankanzerogenen, tabakrauchtypischen Inhaltsstoff, bei 82 Kindern bestimmt. Kinder aus Raucherhaushalten zeigten dabei signifikant höhere Adduktspiegel gegenüber Kindern aus Nichtraucherhaushalten. Allergische Erkrankungen fanden sich häufiger in der passivrauchenden als in der nicht exponierten Gruppe. Zudem fiel eine Zunahme von Mehrfach- und Hausstaubmilbenallergien bei passivrauchbelasteten Kindern auf. Die gewonnenen Daten untermauern die Rolle des Passivrauchens für die Entstehung allergischer Erkrankungen. Die signifikant erhöhten Adduktspiegel zeigen einen biochemischen Effekt und damit molekularen Schaden an, was ein möglicherweise erhöhtes Risiko für eine spätere Krebserkrankung darstellt.Tobacco smoke is the most prevalent form of indoor pollution. Many children are passive receivers of tobacco smoke and are at its mercy. The aim of this dissertation was to analyse the effect of Environmental Tobacco Smoke (ETS) on the upper respiratory tracts and the risk for genotoxic damage on children. A detailed questionnaire was used to collate the data of 211 children. To assess the molecular effect of ETS, the hemoglobin adducts of 4-aminobiphenyl (4-ABP), a human carcinogenic aromatic amine, were quantified in 82 blood samples. Children with smoking parents showed significantly higher hemoglobin adducts of 4-ABP than children with non-smoking parents. Allergic diseases were more frequent in the passive smokers than in the non-exposed group. Furthermore multiple and house dust mite allergies were observed in ETS-exposed children. The data supports the view that ETS impacts on the development of allergic diseases. The significantly higher adduct levels of ETS-exposed children show a biochemical effect, and with that a molecular damage, which can contribute to cancer later on in life

CspA from Borrelia burgdorferi Inhibits the Terminal Complement Pathway

In order to survive and persist in an immunocompetent human host, Borrelia burgdorferi controls the human immune attack and blocks the damaging effects of the activated complement system. These Gram-negative spirochetes use CspA (CRASP-1) and four additional immune evasion proteins to bind combinations of human plasma regulators, including factor H, factor H-like protein 1 (FHL-1), complement factor H-related protein 1 (CFHR1), CFHR2, CFHR5, and plasminogen. As many microbial immune evasion proteins have multiple functions, we hypothesized that CspA has additional roles in complement or immune control. Here, we identify CspA as a terminal complement inhibitor. Borrelial CspA binds the human terminal complement components C7 and C9 and blocks assembly and membrane insertion of the terminal complement complex (TCC). CspA inhibits TCC assembly at the level of C7, as revealed by hemolytic assays, and inhibits polymerization of C9. CspA, when ectopically expressed on the surface of serum-sensitive Borrelia garinii, blocks TCC assembly on the level of C7 and induces serum resistance in the transformed bacteria. This CspA-mediated serum resistance and terminal complement pathway inhibition allow B. burgdorferi to survive in the hostile environment of human plasma. IMPORTANCE The present study defines a new mechanism by which the pathogenic bacterium Borrelia burgdorferi controls the terminal complement pathway of the human host to survive in human serum. The borrelial CspA binds to terminal pathway proteins C7 and C9 and inhibits the terminal complement pathway at the step of C7 and thereby inhibits terminal complement complex (TCC) assembly and membrane insertion. CspA blocks TCC assembly and insertion when expressed at the bacterial surface. CspA is the first TCC inhibitor cloned and functionally characterized from a Gram-negative bacterium. This identification of a bacterial TCC inhibitor of pathogen origin expands our knowledge of complement evasion of pathogenic bacteria and shows that pathogenic bacteria target the terminal pathway of complement. Thus, CspA as a central microbial virulence factor can represent an interesting biomarker and a target to develop new therapeutics and vaccines against borreliae