Molekulare Mechanismen der Streptococcus pneumoniae induzierten endothelialen Apoptose

Abstract

Streptococcus pneumoniae ist ein wichtiger aggressiver, pathogener Erreger, der häufig bakterielle Meningitis sowie Pneumonie und Sepsis verursacht. Die Pneumokokken Infektion sowie die Virulenz hängt von der Ausprägung der Kapsel ab. Als Zielscheibe wird das Endothel durch Pneumokken und seine Virulenzfaktoren während der Pneumokkoken Infektion ausgerichtet.Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die molekularen Kontrollmechanismen der durch Streptococcus pneumonaie induzierten endothelialen Apoptose zu untersuchen. Dazu wurden primär kultivierte humane Endothelzellen (HUVEC) mit Streptococcus pneumoniae infiziert. Anschließend wurden verschiedene Merkmale in Bezug auf Apoptose und deren Kontrollmechanismen quantifiziert. Während die unbekapselten Pneumokokken (R6x) zeit- und dosisabhängige Apoptose in HUVEC auslösten, führte die Exposition gegenüber bekapselten Stämmen zu Nekrose. Die Deletion des Pneumolysingens in R6x führte zu verminderter Apoptose. In apoptotischen Endothelzellen waren vermehrte Caspaseaktivitäten nachweisbar und der Pancaspaseinhibitor zVAD blockierte eine Pneumokokken-induzierte Apoptose. Ebenso führte die Erhöhung von cAMP zur Blockierung von Pneumokokken-induzierter Apoptose. Die Pneumokokken-induzierte Apoptose der Endothelzellen reduzierte das Bcl-2-Protein und induzierte eine AIF- Ausschüttung sowie die Aktivierung der Caspasen 6 und 9. Pneumokokken aktivierten in Endothelzellen die p38-MAPK- und -JNK-Kinase. Die chemische Inhibition der p38 (SB202190) oder JNK (SP600125) reduzierte Pneumokokken- induzierte Apoptose, während inaktive Kontrollsubstanzen ohne Effekt waren.

Streptococcus pneumoniae is the major pathogen of community-acquired pneumonia and a common cause of otitis, meningitis and sepsis. During pneumococci infection accompanied with bacterial invasion and hematogeneous spreading, the endothelium is directly targeted by pneumococci and their virulence factors. Therefore, we tested the hypothesis that pneumococci induced endothelial apoptosis. Unencapsulated R6x pneumococci strongly induced apoptosis of human endothelial cells from umbilical vein, whereas an encapsulated mainly led to necrotic cell death. Deletion of the gene coding for pneumolysin reduced pneumococci-induced apoptosis in HUVEC. Furthermore, Nacetyl- L-cysteine, an antioxidant thiol, significantly reduced apoptosis caused by R6x implicating a role of reactive oxygen species in pathogenesis. Apoptotic cells showed increased cleavage and activity of caspases 6 and 9. Programmed cell death could be strongly reduced by pan-caspase inhibitor zVAD. Caspase activation and apoptosis were abolished by cAMP elevation. Moreover, p38 (SB202190) mitogen-activated protein kinase and c-Jun (SP600125) NH2-terminal kinase were activated in pneumococci-infected cells and inhibitors of both kinases strongly reduced pneumococci-induced caspase activation and apoptosis. In conclusion, kinase- and caspase dependence of pneumococci-induced endothelial apoptosis may implicate a new therapeutical access to pneumococci-related disease.