Invasion der Meningokokken

Über die Nase in den Blutstrom und dann ins Gehirn; die Blut-Hirn-Schranke ist keine Barriere, zumindest nicht für Meningokokken.

Wie ich bereits in einem früheren Beitrag beschrieben habe (siehe „Das trojanische Experiment oder eine Firewall für Medikamente bekommt Löcher“), stellt die Blut-Hirn-Schranke eine scheinbar undurchdringliche zelluläre Mauer dar und nur hin und wieder schaffen es  Physiologen, Pharmazeuten und Mediziner, sie zu überwinden. Meningokokken (Neisseria meningitidis) hingegen passieren sie ohne Probleme, wenn das Immunsystem geschwächt ist.

Doch wie stellen sie das an?

Die Große Mauer

Die Blut-Hirn-Schranke besteht aus Endothel-Zellen, die wie die Bausteine einer Mauer fest miteinander verbunden sind. Den Mörtel der Mauer bilden Proteingerüste, sogenannte Tight und Adherens Junctions die aus den Nachbarzellen herausragen. Ähnlich wie bei einem Klettverschluss verhakten sich diese Proteine miteinander und verleihen so der Endothelmauer Festigkeit. Passieren kann diese Mauer nur, was lipidlöslich ist oder einen Passierschein für die einzelnen Transporter besitzt.

Reise zur Mauer

Über eine Tröpfcheninfektion werden die Bakterien von Mensch zu Mensch übertragen. Mit ihren langen dünnen Zellfortsätzen, sogenannten Typ IV Pili, arbeiten sie sich die Nasenschleimhaut empor. Dort vermehren sich die Bakterien und wandern vom Nasen-Rachen-Raum in die Blutbahn ein. Mit dem tosenden Blutstrom gelangen sie zur Blut-Hirn-Schranke. Angekommen an der großen Mauer heften sie sich mit ihren Pili an der Oberfläche der Zellen fest und vermehren sich wieder.

Rätselhaft Invasion

Nach einer gewissen Zeit überwinden die Meningokokken die Mauer (Film Science) und wandern in das Gehirn ein, wo sie sich weitervermehren und eine Hirnhautentzündung auslösen. Lange Zeit war unklar, wie die Bakterien die Mauer überwinden: Lösen sie die Verbindungen zwischen den Endothelzellen auf oder gelangen sie mittels Tranzytose in die Gehirnkapillare und dann in das Gehirn?

Laut den Studienergebnissen von Mathieu Coureuil von der Universität Paris Descartes haben Meningokokken einen dritten Weg gefunden, um an ihr Ziel zu gelangen: Sie brechen ein. Das Faszinierende dabei ist, dass sie die Zellmaschinerie der Endothelzellen für sich benutzen, ohne groß zu investieren. Fast so, als ob ein Einbrecher nur den Schlüssel unter der Fußmatte hervorzieht, die Tür öffnet und der Hausbesitzer alle Wertgegenstände zum Mitnehmen bereitgestellt hat.

Zelle öffne dich

Das Zauberwort der Meningokokken heißt: „ectoptic early junction domain“. Diese Domänen ist die Tür, über die die Meningokokken Zutritt zur Endothelzelle erlangen.  Durch die Bindung der Pili an die Oberfläche der Endothelzelle werden mehrere Signalwege aktiviert, die letztlich zur Bildung der „ectoptic early junction domain“ führen. Daran sind nicht nur das endotheleigene Aktinnetzwerk beteiligt, sondern auch Komponenten der Adherens Junctions. Dabei werden die Proteine der Adherens Junctions von der Seite der Endothelzelle abgebaut und am Anheftungspunkt der Bakterien wieder aufgebaut. Ist die „ectoptic early junction domain“ aufgebaut, schlüpfen die Meningokokken in die Endothelzellen und überwinden so parazellulär die Blut-Hirn-Schranke.

Einfach, elegant und billig.

 

Science, 325 (5936), 83-87 DOI: 10.1126/science.1173196