Mechanisms of phagocytosis resistance in Streptococcus pyogenes

Abstract: Popular Abstract in Swedish Streptococcus pyogenes (GAS) är en viktig sjukdomsframkallande bakterie som orsakar alltifrån lindriga infektioner som halsfluss (tonsillit) och svinkoppar (impetigo) till livshotande djupa infektioner som nekrotiserande fasceit eller ”Toxic shock syndrom”. På grund av det snabba sjukdomsförloppet i de livshotande infektionerna har streptokockerna fått beteckningen ”mördarbakterier” i dagspressen. En viktig förutsättning för streptokockernas snabba tillväxt är deras förmåga att överleva i blod. Man har kunnat visa att denna så kallade fagocytosresistens beror på att streptokockerna har ett protein kallat M-protein på sin yta. En speciell egenskap hos dessa M-proteiner är deras förmåga att binda till olika proteiner som finns i människans blod/kropp. Denna bindning skulle kunna bidraga till fagocytosresistensen. I denna studien ville vi därför undersöka hur bindningen av proteinerna Faktor H och fibrinogen till M proteinet bidrar till streptokockernas resistens mot fagocytos. Faktor H tillhör komplementsystemet. Komplementsystemet är en viktig del av det mänskliga immunförsvaret. Detta system består av en mängd olika proteiner som tillsammans skyddar människan snabbt och effektivt mot infektioner. Aktiveringen av komplement systemet sker väldigt snabbt och även små signaler ger stora effekter. Det är därför väldigt viktigt att begränsa aktiveringen av komplementsystemet till skadliga mikroorganismer och att skydda värdcellerna mot komplementattacker. Denna uppgift sköts av ett flertal så kallade komplementregulatoriska proteiner, bland annat Faktor H. I vår undersökning av samspelet mellan FH och M proteinet har vi sett att ännu ett komplementregulatoriskt protein, ”faktor H-like protein-1” (FHL-1), binder till M proteinet. FHL-1 är en kortare variant av FH och består av de första sju enheterna (SCR 1-7). Vi har kunnat lokalisera stället där M proteinet binder till FH och FHL-1 i SCR 7 som finns i båda molekylerna. Vidare har vi funnit att streptokocker binder mest FHL-1 under förhållanden liknande de som finns i kroppen. Bindningen av FH till streptokockerna blockeras i kroppen av fibrinogen. Stället i M-proteinet där FH/FHL-1 binder har vi lokaliserat till en region som innehåller så kallade A-repeats. För att undersöka betydelsen av dessa A-repeats konstruerade vi en streptokockstam vars M-protein saknar A-repeats. Överraskande nog påverkades streptokockernas överlevnad i blod inte av detta, i stället växte bakterierna till ännu bättre. Bindningen av FH/FHL-1 till M-proteinet verkar således inte vara viktig för streptokockernas förmåga att överleva i blod. Ett annat plasmaprotein som binder till M proteinet är fibrinogen. Fibrinogen spelar en viktig roll vid koagulation av blod där det efter aktivering omvandlas till fibrin. Fibrin bilder sedan ett nätverk som ligger ovanför den skadade vävnaden. Alla sjukdomsframkallande grupp A streptokocker binder till fibrinogen. Vi ville först identifiera stället i M-proteinet som fibrinogen binder till, för att senare kunna analysera hur fibrinogen-bindningen skyddar bakterierna mot fagocytos. Vi hittade stället som binder till fibrinogen i en region som innehåller så kallade B-repeats. När vi plockade bort denna region försvann också fibrinogenbindningen och samtidigt förlorade streptokockerna sin förmåga att överleva i blod. Detta tyder på att fibrinogenbindningen är viktigt för streptokockernas resistens mot fagocytos. I det sista arbetet ville vi undersöka hur M-proteiner från olika streptokockstammar skyddar streptokocker mot fagocytos. Vi ersatte därför M-proteiner från en stam med M-proteiner från andra streptokockstammar och fann att M-proteinernas förmåga att skydda mot fagocytos är specifikt för en streptokockstam. Det finns alltså troligen även andra ännu ej identifierade stamspecifika faktorer som bidrar till fagocytosresistens. Den här avhandlingen bidrar till en bättre förståelse av mekanismer som ligger bakom fagocytosresistensen i Streptococcus pyogenes och förtydligar samtidigt att streptokockernas förmåga att överleva i helblod är en komplex process som till synes beror på många olika mekanismer.