Glykanstruktur und Biosynthese in Entamoeba histolytica

Neben den bekannten und gefürchteten Infektionskrankheiten Malaria, Tuberkulose und AIDS gibt es besonders in wirtschaftlich ärmeren Ländern weniger bekannte und trotzdem tödliche Erreger. Bei dem vorliegenden Projekt geht es um den Einzeller Entamoeba histolytica. Geschätzte 50.000 Menschen sterben jedes Jahr an Infektionen mit dieser Amöbe, die besonders den Darm und die Leber des Menschen angreift. Unser Projekt befaßt sich hauptsächlich mit einem komplizierten Oberflächenmolekül, von dem jede einzelne invasive Amöbe etwa 80 Millionen Kopien besitzt. Das Molekül trägt den komplexen Namen Lipopeptidophosphoglykan (LPPG), und zudem weitere Namen. Es besitzt einen Kern aus einem Eiweißmolekül, das mit einer aufwändigen Struktur in der Zellmembran verankert ist. In dem bis heute noch nicht identifizierten Kerneiweiß kommt die Aminosäure Serin häufig vor, an diesen Serinen hängen Phosphatgruppen, die unverzweigte Kohlehydratketten tragen. Wir waren ursprünglich auf das LPPG gestoßen, als wir monoklonale Antikörper aus Mäusen erzeugten, die gegen Oberflächenbestandteile der Amöbe geimpft waren. Ein solcher Antikörper, von uns EH5 genannt, bindet an das LPPG und kann mit Amöben infizierte Mäuse vor Leberabszessen schützen. Später konnten wir zeigen, dass der Antikörper eine bestimmte Aminosäuresequenz im Kerneiweiß von LPPG erkennt, und in den Daten des späteren Genomprojekts entdeckten wir ein Gen, das das Kerneiweiß von LPPG kodieren könnte. Ein Ziel unseres Projekts ist der Nachweis, ob genau dieses Genprodukt oder ein anderes wirklich den Kern des LPPG bildet. Ein weiterer Teil des Projekts soll untersuchen, wie die Seitenketten des LPPG gebildet werden. Sie bestehen aus Glukose, dem häufigsten Zuckermolekül, das jedoch in einer ungewöhnlichen Weise, wie bei der Oberfläche von Kariesbakterien, verbunden ist. Eine weitere Frage ist, wie die Amöbe die Basis dieser Ketten herstellt. Bei der Struktur des LPPG Moleküls fällt auch auf, dass Galaktose an verschiedenen Stellen eingebaut ist. Galaktose unterscheidet sich von Glukose nur dadurch, dass eine einzige Gruppe in eine andere Richtung weist. Das Enzym GalE mit dem Namen UDP-Glukose 4- Epimerase kann UDP-Glukose in UDP-Galaktose umwandeln und damit die aktivierte Form von Galaktose erzeugen. Wir planen, das Gen für GalE in den Amöben abzuschalten, um zu untersuchen, welche Auswirkungen das auf das LPPG und generell auf die Amöben hat. Weiters suchen wir nach den Transferasen, die speziell den Zucker Galaktose einbauen können. Bei der Suche nach Enzymen für die Kohlehydratbiosynthese haben wir bereits alle Datenbanken durchforstet und eine Ausgangsliste erstellt. Eine tiefere Analyse zusammen mit einem Kollegen in Frankreich ist geplant. Insgesamt erwarten wir, dass wir in der Wiener Zusammenarbeit von der molekularen Parasitologie an der Medizinischen Universität mit der Kohlehydratbiochemie an der Universität für Bodenkultur einen signifikanten Beitrag zum Verständnis der Oberfläche von pathogenen Entamoeben liefern wird.

Das Projekt befasste sich mit dem menschlichen Protistenparasiten Entamoeba histolytica, der für Amöbenruhr und Leberabszesse verantwortlich ist. Weltweit verursacht er jährlich etwa 50.000 Todesfälle, aber in Österreich verhindert die Verfügbarkeit von sauberem und sicherem Wasser und Lebensmitteln die Ausbreitung der Amöbiasis. Wir haben uns mit dem Parasiten viele Jahre lang beschäftigt, aber in diesem Projekt konzentrierten wir uns auf die Glykanbiochemie. In einem Teil der Arbeit untersuchten wir das Enzym UDP-Glucose 4-Epimerase (GalE). Dieses Enzym mit dem komplizierten Namen katalysiert eine besondere chemische Reaktion, es wandelt im Prinzip die Zucker Glukose und Galaktose ineinander um. Wir fanden heraus, dass das Enzym dazu beiträgt, modifizierte Galaktose, die der Parasit aus dem Schleim im menschlichen Darm abspaltet, in modifizierte Glukose umzuwandeln, die der Parasit für seine eigenen Zwecke zum Aufbau seiner Zystenwand verwenden kann. Im zweiten Teil unseres Projekts haben wir uns mit einem komplexen Oberflächenmolekül des Parasiten beschäftigt, dem Lipopeptidophosphoglykan (LPPG). Es bedeckt einen großen Teil der Amöbenoberfläche und enthält Proteine, Zucker und Phosphat. Es hat ein bislang unbekanntes Kernprotein mit Dextran-Seitenketten, die chemisch dem Dextran ähneln, das von Zahnkariesbakterien produziert wird. Vor Jahren hatten wir einen monoklonalen Antikörper gegen LPPG hergestellt, der Mäuse vor Amöbenleberabszessen schützen konnte. In unseren jüngsten Studien wurde der Antikörper verwendet, um auf das LPPG-Antigen zu testen. Auf diese Weise konnten wir eine bessere Methode finden, um LPPG aus den Amöben zu isolieren. Wir versuchten dann, das Kernprotein des LPPG zu analysieren, mit begrenztem Erfolg. Jedoch zeigten verschiedene Spaltungsexperimente, das Dextranase die Zielstruktur unseres Antikörpers zerstörte. Daraufhin konnten wir zeigen, dass unser Antikörper wirklich an Dextran bindet. Dies ist insofern interessant, weil Bakterien im Mundraum und Amöben ähnliche Methoden nutzen, um sich vor dem Angriff des menschlichen Immunsystems zu schützen. Insgesamt zeigen unsere Studien den intensiven biochemischen Austausch zwischen dem Parasiten und seinem menschlichen Wirt, und dass der Parasit ähnliche Methoden wie pathogene Bakterien verwendet, um sich vor dem Immunsystem des Wirten zu schützen.