Universität zu Köln

Andree, Maria (2013). XIAP Confers Immunity Against Intracellular Bacteria. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

The so-called X-linked inhibitor of apoptosis protein (XIAP) is the most intensively studied member of the inhibitor of apoptosis proteins (IAPs) and is the only cellular protein that directly binds to and inhibits caspases thereby blocking apoptosis. XIAP is frequently overexpressed in malignant cells and has therefore been investigated as a promising therapeutic target in cancer. Recently, IAPs have also been shown to influence pathways that modulate immune signalling via activation of NF-κB. One such pathway is the NOD signalling cascade that is responsible for the detection and defence against intracellular bacteria. XIAP has previously been shown to be an essential component of the NOD signalling cascade required for the activation of NF-κB mediated inflammatory responses. In order to study the role of XIAP in NOD signalling in response to bacterial infection, we used Shigella flexneri as a physiological stimulus for the NOD signalling cascade. Our data demonstrate that XIAP is essential for NF-κB activation after S. flexneri infection, but S. flexneri is able to efficiently down-regulate the XIAP-mediated inflammatory response. In particular, we show that S. flexneri infection co-opts the host protease calpain to cleave the BCL2 protein BID. Calpain-cleaved BID then translocates to the mitochondria where it mediates the selective release of the XIAP-antagonists SMAC and OMI from the mitochondrial intermembrane space. In the cytosol, SMAC and OMI inhibit XIAP and therefore interrupt the NOD-mediated inflammatory response. Critically, calpain-cleaved BID induces the release of SMAC and OMI, but not of Cyt c from the mitochondria. This selective permeability differentiates this process from the mitochondrial permeabilisation induced by apoptotic stimuli and permits the infected host cell not only to survive but also ensures bacterial propagation. The physiological importance of XIAP in controlling bacterial infection was confirmed in vivo in XIAP whole-body and liver-specific knockout mice, which show more bacterially induced necrotic liver lesions in response to S. flexneri infection than wildtype littermates. In contrast, SMAC/OMI and BID knockout mice, with unopposed XIAP activity, survived S. flexneri infection for much longer than wild type animals. Our findings demonstrate how the non-apoptotic antagonisation of XIAP by mitochondrial SMAC and OMI can control the delicate interaction between intracellular microbial pathogens and their hosts.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Das sogenannte X-linked inhibitor of apoptosis protein (XIAP) zählt zu den am besten untersuchten Mitgliedern der Familie der Inhibitoren der Apoptose (kurz IAPs). Bislang ist es das einzig bekannte Protein, das in der Lage ist, Caspasen direkt zu binden und zu inhibieren und somit Apoptose zu blockieren. XIAP wird in malignen Zellen häufig überexprimiert und stellt daher ein attraktives therapeutisches Ziel in der Krebstherapie dar. In den letzten Jahren wurden IAPs zudem als Bestandteil von immunregulatorischen Signalwegen identifiziert, die meist die Aktivierung von NF-κB beinhalten. In der NOD-Signalkaskade, die für die Erkennung und Abwehr von intrazellulären Bakterien verantwortlich ist, wurde XIAP als entscheidender Faktor für die Aktivierung von NF-κB identifiziert. Um die Funktion von XIAP im Laufe einer bakteriellen Infektion zu untersuchen, wurde das Bakterium Shigella flexneri als physiologischer Stimulus der NOD Signalkaskade eingesetzt. Unsere Untersuchungen zeigen, dass S. flexneri in der Lage ist, die XIAP-vermittelte NOD-Aktivierung zu unterdrücken. Insbesondere wurde gezeigt, dass S. flexneri die selektive Freisetzung der XIAP-Antagonisten SMAC und OMI aus dem mitochondrialen Intermembranraum induziert und somit XIAP inhibiert. S. flexneri vermittelt die Freisetzung von SMAC und OMI durch die Protease Calpain, die eine proteolytische Spaltung von BID katalysiert. Das gespaltene BID-Fragment transloziert an die Mitochondrien und induziert dort die Freisetzung von SMAC und OMI in das Cytosol. BID, prozessiert durch Calpain, permeabilisiert die Mitochondrien zwar für SMAC und OMI, jedoch ohne dabei auch Cytochrom c freizusetzen und gewährleistet somit das Überleben der infizierten Wirtszelle, um ungehinderte Vermehrung der Bakterien zu ermöglichen. Die Bedeutung von XIAP in der Kontrolle bakterieller Infektion konnte in „XIAP knockout“ Mäusen bestätigt werden. Ganzkörper XIAP knockout- sowie leberspezifische XIAP-knockout Mäuse weisen deutlich mehr bakteriell-induzierte nekrotische Areale in der Leber auf, im Vergleich zu Wildtyp Mäusen. Im Gegensatz dazu überlebten SMAC/OMI und BID knockout Mäuse - mit ungehemmter XIAP Funktion - die S. flexneri Infektion deutlich länger als die Wildtyp Kontrollen. Grund hierfür ist die uneingeschränkte Funktion von XIAP, die eine bessere Bekämpfung der Infektion ermöglicht. Zusammenfassend zeigt die vorliegende Arbeit, wie nicht-apoptotische Antagonisierung von XIAP durch mitochondriales SMAC und OMI die delikate Interaktion zwischen intrazellulären Bakterien und ihren Wirten beeinflusst. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Andree, Maria mariaandree@gmx.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-55355
Date:	5 May 2013
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	Natural sciences and mathematics
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Mitochondria English Shigella flexneri English Innate immunity English
Date of oral exam:	25 June 2013
Referee:	Name Academic Title Rugarli, Elena Prof. Dr. Wiesner, Rudolf Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/5535