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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-49596
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/4959/


Becher, Katharina Elisabeth

Immunologische Kontrolle von Anaplasma phagocytophilum

Immunological control of Anaplasma phagocytophilum

Dokument1.pdf (916 KB) (md5sum: 42304878180e6727941f5ead0dc089b3)

Kurzfassung in Deutsch

Anaplasma phagocytophilum ist ein Gram-negatives, obligat intrazelluläres Bakterium, das durch Zecken übertragen wird und sich in neutrophilen Granulozyten des Wirtes vermehrt. Da A. phagocytophilum der einzige bisher bekannte Infektionserreger ist, der sich ausschließlich in neutrophilen Granulozyten vermehrt, ist die Frage, wie dieser Erreger vom Immunsystem kontrolliert wird, von grundsätzlichem Interesse.
Wir haben die Maus als Modellorganismus genutzt, um zu untersuchen, welche Komponenten der angeborenen und/oder adaptiven Immunität für die Elimation von A. phagocytophilum essentiell sind. Dazu haben wir Mäuse intraperitoneal (i.p.) mit dem Erreger infiziert und anschließend den Infektionsverlauf durch Quantifizierung der Erregerlast in Blut, Milz und Lunge der Tiere beobachtet. Untersucht wurden transgene Mausstämme, bei welchen bestimmte antimikrobielle Effektormechanismen, Abwehrzellen oder Zytokine durch genetische Deletion fehlten, sowie Mäuse, in denen wir bestimmte Zellarten depletiert haben.
Durch Depletion neutrophiler Granulozyten in vivo konnten wir zeigen, dass der Erreger zur Replikation zwingend auf diese als Wirtszellen angewiesen ist. Eine künstlich herbeigeführte Neutrophilie führte andererseits nicht zu einer höheren bakteriellen Beladung. Da wichtige Effektoren von Neutrophilen wie z.B. die induzierbare Stickstoffmonoxidsynthase oder die NADPH Oxidase keine erkennbare Bedeutung für die Erregerkontrolle haben, interessierte uns der mögliche Einfluss weiterer neutrophiler Effektormechanismen. Wir konnten in dieser Arbeit beobachten, dass auch die granulozytäre Elastase und Cathepsin G zur Eliminierung von A. phagocytophilum nicht benötigt werden. In der Vergangenheit ergaben sich mehrfach Hinweise, dass Interferon (IFN)-gamma in der frühen Kontrolle der Infektion mit A. phagocytophilum eine Rolle spielt. In Übereinstimmung mit diesen Daten haben wir eine erhöhte bakterielle Beladung in IFN-gamma-defizienten Mäusen in den ersten Tagen nach Infektion festgestellt. NK-Zell-depletierte Mäuse hatten eine erhöhte bakterielle Beladung in der Frühphase der Infektion. Auf mRNA- und Proteinebene konnten wir in SCID Mäusen nach Infektion eine erhöhte IFN-gamma Produktion, vergleichbar der von Wildtypmäusen feststellen, weshalb wir annehmen, dass das für die Infektionskontrolle relevante IFN-gamma hauptsächlich von NK-Zellen produziert wird. Da IFN-gamma offensichtlich eine wichtige Rolle in der Frühphase der Infektion spielt, haben wir die mRNA Expression von einigen IFN-gamma induzierbaren Mediatoren untersucht. In T- und B-Zell-defizienten SCID-Mäusen sowie in Wildtyp-Mäusen beobachteten wir eine starke Zunahme von Indolamin-2,3-Dioxygenase (IDO) und versuchten daher, IDO in vivo zu inhibieren. Mit einem IDO-Inhibitor behandelte Mäuse waren jedoch in der Lage, den Erreger unverändert gut zu kontrollieren.
Es ist bekannt, dass SCID Mäuse eine Infektion mit A. phagocytophilum nicht kontrollieren können und daran versterben. In dieser Arbeit untersuchte B-Zell-defiziente Mäuse hatten in der Frühphase der Infektion eine erhöhte bakterielle Beladung, konnten den Erreger aber schließlich eliminieren. Auch MHC-Klasse-I-defiziente Mäuse und gamma/delta-T-Zell-Rezeptor-defiziente Mäuse konnten den Erreger eliminieren, während T-Zell-defiziente Mäuse, alpha/beta-T-Zell-Rezeptor-defiziente Mäuse und MHC-Klasse-II-defiziente Mäuse eine persistierende Infektion entwickelten. Wir folgern daher, dass für die Infektionskontrolle MHC-Klasse-II-restringierte CD4+ T-Zellen eine wichtige Rolle spielen.
Da diese Ergebnisse für die Induktion einer Th1-ähnlichen Antwort sprechen, haben wir den Infektionsverlauf in Mäusen mit Defizienz der Th1-assoziierten Zytokine Interleukin (IL)-12 und IL-23 untersucht. Diese Mäuse waren jedoch nach anfänglich erhöhter bakterieller Last in der Lage, A. phagocytophilum zu kontrollieren.
Die Depletion von dendritischen Zellen (DZ) in CD11c-DTR transgenen Mäusen führte zu einer signifikant höheren Erregerlast. Wir schließen daraus, dass DZ als antigenpräsentierende Zellen zur Erregerkontrolle erforderlich sind.
Durch die Behandlung mit Immunserum konnten wir in SCID Mäusen den Infektionsverlauf verzögern. Wildtypmäuse, aber auch B-Zell-defiziente Mäuse und MHC-Klasse-I-defiziente Mäuse waren vor einer Reinfektion geschützt, was darauf hinweist, dass weder CD8+ T-Zellen noch B-Zellen für die Entwicklung einer protektiven Immunantwort benötigt werden.
Aus unseren Ergebnissen schließen wir, dass zur Kontrolle von A. phagocytophilum eine adaptive CD4+ T-Zell Antwort unverzichtbar ist, während auch in Abwesenheit wichtiger Th1 Zytokine und wesentlicher Effektormoleküle die Elimination von A. phagocytophilum erreicht wird. Diese Befunde deuten auf einen bisher nicht definierten, neuen immunologischen Mechanismus zur Kontrolle obligat intrazellulärer Erreger hin.


Kurzfassung in Englisch

Anaplasma phagocytophilum is a Gram-negative, obligate intracellular bacterium that is transmitted by ticks and replicates in the hostile environment of neutrophils. Infection with this pathogen causes unspecific febrile diseases in humans and animals. Since A. phagocytophilum is the only so far known infectious agent that replicates exclusively in neutrophil granulocytes the question how this pathogen is controlled by the immune system is of general interest. We used the laboratory mouse as a model system in order to investigate the essential components of the innate and/or adaptive immunity involved in the elimination of A. phagocytophilum. Mice were infected intraperitoneal (i.p.) with the pathogen and the course of infection was subsequently observed via quantification of the bacterial burden in blood, spleen and lung of the animals. We used wild type mice as well as transgenic mice with deletions of certain antimicrobial effector molecules, cells of immunological defense or cytokines, and mice in which certain cell types were depleted. By depleting neutrophil granulocytes in vivo we could show that the pathogen strictly relies on these cells as host cells. The over expression of neutrophils on the other hand did not lead to an increase in the bacterial burden. Several effector mechanisms that are crucial in the defense against other intracellular pathogens as for example the nitric oxide synthase (iNOS) and the phagocyte NADPH oxidase (phox), have been shown to be dispensable for the control of A. phagocytophilum. Therefore we were interested in the possible effects of further neutrophil effector mechanisms. In this work, we could show that neither granulocyte elastase nor cathepsin G are needed for elimination of A. phagocytophilum.
In the past there were several findings indicating that interferon (IFN)-gamma plays a role in the early control of infection with A. phagocytophilum. In accordance with these data we could observe a higher bacterial burden in INF-gamma deficient mice within the first days after infection. NK cell depleted mice had a higher bacterial burden in the early phase of infection. On mRNA and protein level we could observe an elevated IFN-gamma production in SCID mice after infection, similar to those of wild type mice. We therefore assume that IFN-gamma needed for the control of the infection is mainly produced by NK cells. Because of our findings that IFN-gamma plays an important role in the early phase of infection, we examined mRNA expression of several INF-gamma inducible mediators. In T and B cell deficient SCID mice as well as in wild type mice we observed a prominent increase of indolamine-2,3-dioxygenase (IDO). Therefore we tried to inhibit IDO in vivo. Mice treated with an IDO inhibitor were however able to control the infection.
It is already known that SCID mice cannot control A. phagocytophilum and succumb to infection. In this work we observed an elevated bacterial burden in B cell deficient mice in the early phase of infection. Finally, those mice could eliminate the pathogen. MHC class I deficient mice as well as gamma/delta T cell receptor deficient mice were also able to eliminate the pathogen whereas T cell deficient mice, alpha/beta T cell receptor deficient mice and MHC class II deficient mice developed persistent infection. We therefore conclude that MHC class II restricted CD4+ T cells play an important role.
These results are indicative for a Th 1 based response. Therefore we investigated the course of infection in mice deficient for the Th 1 associated cytokines interleukin (IL)-12 and IL-23. These mice however were able to control A. phagocytophilum after an increased bacterial burden in the very early phase of infection.
The depletion of dendritic cells in CD11c-DTR transgenic mice resulted in an increased bacterial burden. We therefore conclude that dendritic cells are required as antigen presenting cells for controlling the pathogen.
We were able to delay the course of infection in SCID mice via treatment with immune serum. Wild type mice but also B cell deficient mice and MHC class I deficient mice could be protected against reinfection, indicating that neither CD8+ T cells nor B cells are a prerequisite for immunity.
From our results we conclude that an adaptive CD4+ T cell response is critical for control of A. phagocytophilum, but is unexpectedly independent of major Th1 cytokines and effector molecules. This suggests the involvement of a novel so far unknown mechanism in control of an obligate intracellular pathogen.


SWD-Schlagwörter: Zecken , Bakterielle Infektion
Freie Schlagwörter (deutsch): Nager , T-Zellen
Freie Schlagwörter (englisch): ticks , rodents , T cells , bacterial
Institut: Inst. für Medizinische Mikrobiologie und Hygiene
Fakultät: Fakultät für Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Simon, Markus (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 08.04.2008
Erstellungsjahr: 2008
Publikationsdatum: 29.04.2008
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