Untersuchung der Inhibierbarkeit der HopQ-CEACAM-Interaktion durch monoklonale Antikörper

Das gramnegative Stäbchenbakterium Helicobacter pylori (H. pylori) ist eines der bedeutendsten Humanpathogene weltweit und hauptverantwortlich für die Entwicklung der gastroduodenalen Ulkuskrankheit sowie des Adenokarzinoms und MALT (mucosa associated lymphatic tissue) -Lymphoms des Magens. Die Mitglieder der "Carcinoembryonic Antigen- related Cell Adhesion Molecules" (CEACAM) -Familie konnten als neue Pathogenrezeptoren für H. pylori identifiziert werden, welche ihre Bindung über das Oberflächenprotein HopQ (helicobacter outer membrane protein Q) vermitteln. Nach kommensaler Besiedlung des Magenepithels kann sich unter pathologischen Bedingungen (Gastritis, Ulzerationen, Karzinom) die hochaffine Protein-Protein Bindung zwischen HopQ und CEACAMs ausbilden. Diese ermöglicht die Translokation des Virulenzfaktors CagA, der verschiedene Signalkaskaden auslöst, die zu pro-kanzerogenen Reaktionen, aber auch Inhibition von Immunreaktionen und abnormalem Zellwachstum führen.

Das in dieser Arbeit verwendete Modell bestand aus membrangebundenen CEACAMs und einem löslichen, rekombinant (rek.) hergestellten und Fluoreszenz-gekoppelten HopQ-Protein. Hier konnten wir rek. HopQ als Bindungspartner aller CEACAM-exprimierenden Zelltypen bestätigen, welcher für die Zellen kein Internalisierungssignal darstellte und bei Raumtemperatur (24°C) bis zu viermal höher als im Eisbad (4°C) band. Ferner konnten wir mit der rek. HopQ-CEACAM-Interaktion die erste pH-unabhängige Interaktion für H. pylori nachweisen.

Es wurde ein breites Spektrum monoklonaler anti-CEACAM-Antikörper hinsichtlich der Hemmung der rek. HopQ-CEACAM Bindung untersucht. Zunächst wurde das Inhibierungsmuster der Antikörper auf CEACAM-exprimierenden Transfektanten als Dosis-Wirkungsbeziehung bestimmt, um danach die Inhibition auf Magenkarzinomzelllinien, humanen Granulozyten und lymphatischen Endothel zu bestimmen, welche CEACAM endogen exprimieren. Der Antikörper CC1/3/5-Sab konnte die spezifische HopQ-CEACAM-Interaktion auf allen Zelltypen effizient unterbinden und könnte damit die bisherige, auf Antibiotika basierende Therapie ersetzen oder additiv unterstützen. Zudem könnten Fluorochrom-gekoppelte Antikörper als Hilfe zur endoskopischen Diagnostik verwendet werden. Somit könnten diese Antikörper in naher Zukunft ein wirksames Instrument zur Bekämpfung von der durch H. pylori ausgelösten Gastritis und des Magenkarzinoms sein.

Helicobacter pylori (H. pylori) is a gram-negative bacterium that is one of the most important human pathogens worldwide and the major causative agent for the development of gastroduodenal ulcer disease as well as adenocarcinoma and MALT (mucosa associated lymphatic tissue) -lymphoma of the stomach. The members of the "Carcinoembryonic Antigen-related Cell Adhesion Molecules" (CEACAM) -family were identified as new pathogen receptors for H. pylori, which mediate their binding via the surface protein HopQ (helicobacter outer membrane protein Q). After commensal colonization of the gastric epithelium, the high-affinity protein-protein interaction between HopQ and CEACAMs is able to develop under pathological conditions (gastritis, ulcerations, carcinoma). This enables the translocation of the virulence factor CagA which triggers various signal cascades that lead to pro-inflammatory responses as well as inhibition of immune reactions and abnormal cell growth.

The model used in this work consisted of membrane-bound CEACAMs and a soluble, recombinantly (rec.) produced and fluorescence-coupled HopQ protein. Here we identified rec. HopQ as the binding partner of all CEACAM-expressing cell types that did not represent an internalization signal for the cells. Interestingly, it bound up to four times higher at room temperature (24°C) than in an ice bath (4°C). We also identified the rec. HopQ-CEACAM interaction as the first described pH-independent interaction for H. pylori.

A broad range of anti-CEACAM monoclonal antibodies were tested with respect to their ability to inhibit rec. HopQ-CEACAM interaction. First, the inhibition pattern of the antibodies on CEACAM-expressing transfectants was characterized as a dose-effect relationship. Afterwards inhibition was determined on gastric carcinoma cell lines, human granulocytes and lymphatic endothelium which express CEACAM endogenously. The antibody CC1/3/5-Sab was able to efficiently prevent the specific HopQ-CEACAM interaction on all cell types and could thus replace or additively support the established antibiotic-based therapy. In addition, fluorochrome-coupled antibodies could be used to aid endoscopic diagnostics. Thus, these antibodies could be a powerful tool to combat H. pylori gastritis and gastric cancer in the near future.

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Reschke, M.A., 2021. Untersuchung der Inhibierbarkeit der HopQ-CEACAM-Interaktion durch monoklonale Antikörper. https://doi.org/10.17185/duepublico/74085
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