Lyme-Borreliose ist eine durch Zecken übertragene Erkrankung, die Haut, Gelenke und Nervensystem von Patienten betreffen kann. Ihr Verursacher ist das Bakterium Borrelia burgdorferi. Eine Infektion mit Borrelien bleibt oft unentdeckt und kann bei ausbleibender Behandlung chronisch werden. Menschliche Immunzellen wie Makrophagen stehen an der Spitze der Immunabwehr und sorgen durch Aufnahme und Verdauung eindringender Bakterien für eine Bekämpfung entsprechender Infektionen. Die molekulare Maschinerie, die in Makrophagen für eine effiziente Eliminierung von Borrelien sorgt, war bislang allerdings unbekannt. Wissenschaftler des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf (UKE) konnten nun zwei wichtige molekulare Schalter identifizieren: Sie stehen am Anfang der intrazellulären Signalkaskade, die für den Abbau von Borrelien in menschlichen Makrophagen sorgt. Ihre Erkenntnisse sind jetzt in der Wissenschaftszeitschrift Cell Reports erschienen.

Durch den Einsatz zellbiologischer und mikroskopischer Methoden konnte das UKE-Forscherteam um Prof. Dr. Stefan Linder, Institut für Medizinische Mikrobiologie, Virologie und Hygiene, erstmals detailliert den Ablauf der Aufnahme und intrazellulären Verarbeitung von Borrelien durch primäre humane Makrophagen zeigen. Borrelien werden dabei in ein Membran-umhülltes Kompartiment aufgenommen, das sich fortwährend verkleinert. Dies führt zu einer sichtbaren Kompaktierung der langgestreckten Bakterien. Durch die anschließende Ansäuerung dieses Kompartiments werden die so umhüllten Borrelien abgebaut.

Die Autoren konnten die Makrophagen-Proteine Rab22a und Rab5a als zwei frühe molekulare Schalter dieser Vorgänge identifizieren. Rab22a und Rab5a stellen damit Schlüsselmoleküle für den effizienten Abbau von Borrelien in Makrophagen dar. Beide Proteine befinden sich anfänglich an unterschiedlichen Orten in Makrophagen und werden erst durch das sogenannte endoplasmatische Retikulum (ER), ein weitverzweigtes intrazelluläres Membransystem, gemeinsam an aufgenommene Borrelien rekrutiert. Dieses ER-basierte Zusammenwirken beider Proteine gibt quasi den Startschuss zum Abbau der Erreger. Im umgekehrten Fall sorgt eine zellbiologisch hervorgerufene Abwesenheit von Rab22a oder Rab5a in Makrophagen zu einem deutlich verstärkten Überleben der Bakterien. Dies könnte auch auf eine Strategie von Borrelien hindeuten, dem identifizierten Abbauweg in Makrophagen zu entkommen.

"Diese Arbeiten liefern neue Ansatzpunkte zum Verständnis der Aufnahme und intrazellulären Verarbeitung von Borrelien durch menschliche Immunzellen", erläutert Prof. Linder. Gleichzeitig erlaubt die besondere, langgestreckte Zellform von Borrelien die detaillierte mikroskopische Analyse von intrazellulären Vorgängen, die bei der Untersuchung kleinerer, eher rundlicher Bakterien wie beispielsweise Escherichia coli unentdeckt blieben. "Die Untersuchung von Borrelien erweist sich daher auch als wichtiges Modellsystem zum besseren allgemeinen Verständnis der Vorgänge, die auch zur Eliminierung anderer Krankheitserreger führen."

Die wissenschaftlichen Arbeiten der UKE-Forscher werden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Graduiertenkollegs GRK1459 "Sortierung und Interaktionen zwischen Proteinen subzellulärer Kompartimente" gefördert. Die Arbeitsgruppe von Prof. Linder befasst sich schwerpunktmäßig mit der Regulation des Zytoskeletts sowie von intrazellulären Transportvorgängen in menschlichen Makrophagen (www.linderlab.de).

Literatur:

Naj, X., Linder, S. (2015). ER-coordinated activities of Rab22a and Rab5a drive phagosomal compaction and intracellular processing of Borrelia burgdorferi by macrophages". Cell Reports, DOI: 10.1016/j.celrep.2015.08.027