Interactions between streptococcal M proteins and human plasma proteins

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Streptokocker orsakar flera olika infektioner hos människa såsom halsfluss, svinkoppor och sällsynta livshotande sjukdomstillstånd som blodförgiftning, toxiskt chock syndrom, nekrotiserande fasciit, glomerulonefrit, och reumatisk feber. För att orsaka dessa infektioner måste bakterierna undvika immun-försvaret. Komplementsystemet utgör en viktig del av det medfödda immunförsvaret i försvaret mot bakterier. Aktivering av komplementsystemet leder till deponering av komplementfaktorer (s k opsonisering) på bakterieytan. Dessa komplementfaktorer kan kännas igen av immunceller, s k fagocyter, som kan ta upp och avdöda den komplementmärkta bakterien. Denna process kallas för fagocytos. Många streptokocker har utvecklat mekanismer som tillåter dem att undvika komplementdeponering och fagocytos. Analys av dessa mekansimer är av intresse för att förstå streptokockinfektionernas patogenes och för att hitta nya metoder för prevention och behandling. Det har varit känt sedan 1920-talet att M-proteiner orsakar fagocytos-resistens under ?icke-immuna? förhållanden, dvs i frånvaro av skyddande antikroppar. M-proteinets förmåga att motstå fagocytos kan förklaras av att det hämmar komplementdeponering och därmed fagocytos. Hur M-proteiner hämmar komplement-deponering, och därigenom fagocytos, har emellertid varit oklart. En tidigare studie av Carlsson et al. (2003) i M22-systemet har visat att S. pyogenes som saknar M protein aktiverar komplement via den klassiska komplementvägen. M22-proteinet binder emellertid det humana plasma-proteinet C4b-binding protein (C4BP), vilket hämmar den klassiska komplementvägen. Detta fynd kan delvis förklara M22-proteinets förmåga att blockera komplementdeponering och fagocytos av en M22 stam. I denna avhandling studeras M5 proteinet, som inte binder C4BP, och dess roll för fagocytosresistensen hos M5 bakterier. I delarbete I analyseras förmågan hos M5-proteinet att binda fibrinogen. Analys av kromosomala M5-mutanter visade att förmågan att binda fibrinogen krävs för M5-proteinets förmåga att ge upphov till fagocytosresistens. Fibrinogen bundet till M5-proteinet blockerade bildning av den klassiska komplementvägens C3-konvertas och därmed deposition av opsoniserande komplementfaktorer på bakterieytan, vilket kan förklara varför bindning av fibrinogen skyddar mot fagocytos. Resultat från denna studie visar att fibrinogen bundet till B-repeat regionen i M5 proteinet hämmar komplementdeponering via den klassiska komplementvägen och därmed fagocytos. I delarbete II studeras hur antikroppar mot M-proteinet skyddar mot infektion. Antikroppar riktade mot en patogen mikrob kan känna igen antingen protektiva eller icke-protektiva epitoper. Eftersom antikroppar som uppkommer vid vaccinering måste vara riktade mot protektiva epitoper är det viktigt att förstå de molekylära egenskaper som särskiljer dessa två typer av epitop. I delarbete II analyseras den opsoniserande kapaciteten av antikroppar mot M5-proteinet, ett mått på deras förmåga att ge protektion in vivo. Huvudsyftet var att få en förklaring till varför vissa epitoper i M5-proteinet är opsoniserande, medan andra är icke-opsoniserande. Våra studier visar att plasmaproteiner som fibrinogen och albumin binder till M5-proteinet och maskerar regioner och därmed epitoper i proteinet som leder till att antikroppar riktade mot dessa regioner/epitoper inte kommer åt att binda. Dessa antikroppar kan därmed inte heller opsonisera streptokocken och aktivera komplementsystemet. Endast epitoper i den N-terminala delen av M5-proteinet är tillgängliga för bindning av antikroppar och kan mediera opsonisering och avdödning av bakterien. Detta arbete presenterar en förklaring till varför vissa epitoper är protektiva och andra inte, ett viktigt problem inom vaccinforskningen. I delarbete III analyseras möjligheten att använda en IgA-bindande peptid för affinitetsrening i ett steg av IgA från humant serum. En enkel metod för att rena IgG antikroppar har varit tillgänglig i decennier genom använding av bakteriella IgG-bindande proteiner som protein G och protein A, medan ett liknande reagens för upprening av IgA har saknats. Vi visar att den IgA-bindande peptiden binder IgA med hög specificitet och affinitet och att det är möjligt att med en en-stegsmetod isolera humant IgA från serum. IgA finns i två subklasser, IgA1 och IgA2, och det var möjligt att rena både IgA1 och IgA2 med peptiden. Dessutom kunde peptiden användas för rening av sekretoriskt IgA (S-IgA) som finns i saliv och på slemhinnor som skydd mot infektioner.