Untersuchungen zur Rolle des larvalen hämatopoetischen Organs von Manduca sexta bei der Hämatopoese und der Immunantwort

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2017

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http://dx.doi.org/10.22029/jlupub-10492

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Insekten besitzen ein Immunsystem, welches auf humoralen und zellulären Aktivitäten fußt und als angeborenes Immunsystem der Insekten bezeichnet wird (Reviews: BOMAN et al., 1991; HULTMARK, 1993; HOFFMANN, 1995; GILLESPIE et al., 1997). Ihnen fehlt das adaptive Immunsystem der Vertebraten, welches auf Antikörperbildung, T-Zell-vermittelten Immunreaktionen oder klonaler Proliferation von B-Zellen basiert (Review: COOPER und ALDER, 2006). Die für die zelluläre Immunantwort der Insekten zuständigen Zellen sind v. a. im Hämocoel zirkulierende sogenannte Hämozyten, die Fremdkörper erkennen und bekämpfen können (Review: STRAND, 2008). Der Ursprung der Hämozyten in Lepidoptera wurde bislang mit Hilfe morphologischer Kriterien und weniger Marker untersucht. Es sind bei Manduca sexta-Larven hämatopoetische Organe bekannt, die mit den Flügelanlagen assoziiert sind. Zu diesen hämatopoetischen Organen existieren zurzeit zwei Publikationen, die die Bildung und Verteilung von Plasmatozyten in bzw. durch diese beschreiben (NARDI et al., 2003; BEETZ et al., 2004). Untersuchungen innerhalb der AG TRENCZEK legen nahe, dass noch weit differenziertere Aussagen über die Verteilung und Entwicklung der Hämozyten in diesen Organen möglich sind (WÜNSCH, 2008; C.-R. VON BREDOW, 2010; KOZISSNIK, 2011).Für die Analyse der durch das hämatopoetische Organ gebildeten Hämozyten wurde ein Werkzeugkasten, bestehend aus Antikörpern, Lektinen, RNA-Sonden gegen bekannte sowie bislang in M. sexta unbeschriebene Gene und Enzymaktivitätstests erstellt, um mit diesem das hämatopoetische Organ zu charakterisieren. Der Vergleich mit zirkulierenden Hämozyten bestätigte, dass im hämatopoetischen Organ, neben nicht markierbaren Hämozyten, nur Plasmatozyten enthalten sind. Es konnte eine Zonierung gezeigt werden, die auf eine lokale Konzentration von Zellen in unterschiedlichen Differenzierungszuständen hinweist. Sowohl in Zirkulation als auch im hämatopoetischen Organ konnten Hämozyten nachgewiesen werden, die sich durch eine Markierung der Zellmembran mit dem Lektin aus Arachis hypogaea (PNA) nachweisen lassen und eine hohes Zellkern-zu-Zytoplasma-Verhältnis aufweisen. Letzteres wird als Merkmal für Prohämozyten angesehen (BEAULATON und MONPEYSSIN, 1976; MONPEYSSIN und BEAULATON, 1978; GUPTA, 1979). Im hämatopoetischen Organ liegen diese Zellen in einer Zone nahe der von Öffnungen durchbrochenen Basallamina, die ein Auswandern von Hämozyten ermöglichen. Doppelmarkierungen mit PNA und verschiedenen gegen Hämozyten gerichteten Antikörpern zeigten, dass durch PNA an der Zellmembran markierbare Hämozyten Merkmale aller Hämozytentypen besitzen können.In Hämozyten und hämatopoetischen Organen von M. sexta konnten erstmals die mRNA für zwei Phagozytoserezeptoren (Eater-ähnliches Protein und Croquemort-ähnliches Protein), für eine Pre-nyltransferase (Heixuedian-ähnliches Protein) und für ein Peroxidasin-ähnliches Protein identifiziert werden. Die für das Eater-ähnliche Protein kodierende mRNA konnte nur in Zellen des hämato-poetischen Organs, die dem Hämocoel zugewandt sind, sowie Plasmatozyten in Zirkulation nachgewiesen werden.Des Weiteren wurde eine gesteigerte mRNA-Synthese ausgewählter immunrelevanter Gene in Antwort auf Infektionen in Hämozyten, im hämatopoetischen Organ, im Fettkörper und im Mitteldarm mit Hilfe von real-time qPCR nachgewiesen. Dadurch konnte gezeigt werden, dass eine Darminfektion eine Reaktion im Darmgewebe und, ohne dass Bakterien in das Hämocoel eingedrungen sind, auch im Fettkörper, in den Hämozyten und im hämatopoetischen Organ auslöst. Bei einer systemischen Infektion reagierten ebenfalls der Fettkörper, die Hämozyten und das hämatopoetische Organ mit veränderter mRNA-Synthese dieser Gene, jedoch nicht der Mitteldarm. Das hämatopoetische Organ reagierte mit erhöhter mRNA-Synthese von PGRP-1A auf die Darminfektion und erhöhter mRNA-Synthese von PGRP-1A, Lysozym und Scolexin A auf die systemische Infektion.Die für Lysozym kodierende mRNA sowie das Protein selbst konnten in Zellen des hämatopoetischen Organs außerdem durch RNA-in-situ-Hybridisierung bzw. Antikörpermarkierungen nachgewiesen werden. Dies sind die ersten Hinweise für eine direkte Beteiligung des hämatopoetischen Organs am Immungeschehen in M. sexta.

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