M-Protein

Rebecca Lancefield identifizierte das M-Protein der Streptokokken im Jahre 1928.

Das M-Protein ist ein bedeutender, zellwandständiger, antiphagozytär wirkender Virulenzfaktor vom A-Streptokokken. Das Molekül liegt als zusätzliche Proteinschicht auf der Zellwand. Das M-Protein wird von dem gleichnamigen M-Protein-Gen (emm) kodiert. Bekannt sind bisher 86 Serovarietäten.

Die Fähigkeit von S. pyogenes, in infiziertem Gewebe zu persistieren, ist in erster Linie auf das M-Protein zurückzuführen. Das M-Protein (v.a.M1) verleiht den Streptokokken die Fähigkeit, der Phagozytose durch polymorphkernige Leukozyten in Abwesenheit von typspezifischen Antikörpern zu widerstehen (Anderson EL et al.2014). So zeigt sich die Bedeutung des M-Moleküls in einer M-Knockout-Mutante, die alle anderen Oberflächen- und Sekretionsmoleküle des Wildtyp-Organismus besitzt, aber in menschlichem Blut, das Phagozyten enthält, nicht überleben kann (Perez-Casal J et al 1992).

Die Resistenz gegen eine Streptokokken-Infektion der Gruppe A steht in direktem Zusammenhang mit dem Vorhandensein von spezifischen Antikörpern gegen das M-Molekül (Lancefield EC 1959; Lancefield RC 1962).

Es besteht eine hohe strukturelle Ähnlichkeit zwischen den M- Protein und den α-helicalen Coiled-Coil-Proteinen des Menschens. Dies führt zu der Annahme, dass die Auslösung von kreuzreaktiven Anti-M-Antikörpern und T-Zell-Rezeptoren, die gegen diese menschlichen Proteine gerichtet sind (antigene Mimikry), als mögliche Ursache für S. pyogenes-assoziierte Autoimmunfolgen zu vermuten. Hierzu zählen das akute rheumatisches Fieber und/oder die Poststreptokokken-Glomerulonephritis (meist M12). Durch die Typisierung des M-Protein-Gens (emm typing) und dessen Analyse hat sich ein valides Sequenzierungssystem für Streptokokken entwickelt, das die Vergleichbarkeit der einzelnen Serovare ermöglicht.

Struktur des M-Proteins: Das M-Protein kann als das archetypische Molekül für jene Oberflächenproteine angesehen werden, die sich über ihren C-terminalen Bereich an der Gram-positiven bakteriellen Zellwand verankern. Da das M-Protein wie auch andere Oberflächenproteine auf Streptokokken keine zytoplasmatischen Domänen besitzen, ist es unwahrscheinlich, dass die Bindung dieser Moleküle an spezifische Liganden ein Signal in der Mikrobe auslöst, um ein Genprodukt zu aktivieren. Viel wahrscheinlicher ist, dass die Bindung ein Konformationssignal auf der Zelloberfläche auslöst, um eine bestimmte Funktion auszuführen.

Streptokokken infizieren normalerweise den Rachen (und insbesondere die Tonsillen) durch Kontakt mit kontaminiertem Speichel. Beim Eintritt in die Mundhöhle trifft der Organismus zunächst auf den Schleim, der das Schleimhautepithel auskleidet. Lösliche Komponenten im Schleim, wie IgA, IgG, Albumin, Fibronektin und andere, können mit ihren jeweiligen Bindungsproteinen auf der Streptokokkenoberfläche interagieren. Diese Bindung kann eine Reihe von Konformationsereignissen auf der Oberfläche des bakteriellen Partikels auslösen, die es befähigen durch den Schleim zur Epitheloberfläche zu dringen. Dies muss sehr schnell geschehen, da ansonsten der Organismus in den Darm gespült und eliminiert wird. Die Moleküle, die notwendig sind, um eine Infektion an allen Körperstellen zu initiieren, liegen also auf der Zelloberfläche bereit.

1. Anderson EL et al.(2014) The fibrinogen-binding M1 protein reduces pharyngeal cell adherence and colonization phenotypes of M1T1 group A Streptococcus. The Journal of Biological Chemistry. 289:3539–3546.
2. Lancefield RC (1928) The antigenic complex of Streptococcus hemolyticus. I Demonstration of a type-specific substance in extracts of Streptococcus hemolyticus. The Journal of Experimental Medicine 47:91–103.
3. Lancefield RC (1959) Persistence of type-specific antibodies in man following infection with group A streptococci. The Journal of Experimental Medicine 110:271–292.
4. Lancefield RC (1962) Current knowledge of the type-specific M antigens of group A streptococci. The Journal of Immunology 89:307–313.
5. Perez-Casal J et al.(1992) Introduction of the emm6 gene into an emm-deleted strain of Streptococcus pyogenes restores its ability to resist phagocytosis. Research in Microbiology 143:549–558.
6. Yamaguchi M et al. (2013) Pleiotropic virulence factor - Streptococcus pyogenes fibronectin-binding proteins. Cellular Microbiology 15:503–511.