Charakterisierung des Down-Syndrom-Zelladhäsionsmoleküls Dscam in der angeborenen Immunantwort von Manduca sexta (L.)

Abstract

Die Spezifität angeborener Immunmechanismen wird entscheidend von genetischer Diversifizierung und selektiver Anpassung in der Evolution von Wirt-Mikroben-Interaktionen beeinflusst. Angeborene Immunantworten von Insekten werden demnach allgemein als effizient, jedoch bedingt durch Keimbahn-kodierte Mustererkennungsrezeptoren (PRR) als eingeschränkt spezifisch beschrieben. In Zusammenhang mit exklusiver molekularer Diversität des Down-Syndrom-Zelladhäsionsmoleküls (Dscam) bei Vertretern der Pancrustacea verdichten sich Belege, die für eine Funktion als hypervariabler, Pathogen-spezifischer PRR der Immunglobulin-Superfamilie sprechen. Obwohl experimentelle Daten erregerspezifische Dscam-Spleißformen in Hämozyten von Insekten und Krebstieren sowie deren Beteiligung an In-vitro-Phagozytose von Mikroorganismen zeigen, sind Genexpressionsmuster in Hämozyten und deren Relevanz im Rahmen angeborener Immunantworten in vivo noch größtenteils unbekannt. Anhand eines In-vivo-Modells bakterieller Stimulation und monoklonaler Antikörper für spezifische Hämozytentypen wurden die Genaktivität und das Proteinmuster von Manduca sexta Dscam (MsDscam) in zirkulierenden, larvalen Hämozyten charakterisiert. Trotz geringer quantitativer Veränderungen der relativen mRNA-Level konnte eine qualitative Veränderung des differenziellen Transkriptionsmusters von MsDscam in Zusammenhang mit Hämocoel-Injektion von fixierten E. coli K12 festgestellt werden. In Abwesenheit von Immunstimulation ist MsDscam-Transkript ausschließlich in einer seltenen Population sphärischer Hämozyten mit exzentrischen Zellkernen lokalisiert. Prophenoloxidase (proPO) enthaltende Oenozytoide mit gleichen morphologischen Eigenschaften fallen unabhängig als einzige Population in Zirkulation mit membranassoziiertem MsDscam-Muster auf. Nach E. coli-Injektion ist der prozentuale Anteil von Hämozyten mit aktiver MsDscam-Transkription hingegen signifikant um das Zehnfache erhöht (p < 0,001), darunter auch Subpopulationen von Plasmatozyten und granulären Zellen. Damit vermittelt diese Dissertation zum ersten Mal in zwei Jahrzehnten immunologischer Dscam-Forschung ein fundiertes Bild immunstatusabhängiger Genaktivität in drei distinkten Hämozytentypen. Zusätzlich ergeben sich kumulative Hinweise, die eher für funktionelle Relevanz von MsDscam im Rahmen einer zweiten Immunantwort sprechen als in der Akutphase-Immunantwort nach erstmaliger mikrobieller Stimulation. Dementsprechend liefert diese Arbeit erstmals eine Grundlage für die Analyse Dscam-basierter molekularer Diversität in proPO-produzierenden Hämozyten, was zu einem erweiterten Verständnis von Oenozytoide als immunologische Masterregulatoren in Manduca beitragen kann. Typspezifische Transkriptomanalyse von Manduca-Hämozyten in Homöostase und Immunstimulation kann somit nicht nur zur Validierung der Hypothese von funktioneller Relevanz von Dscam beim Immunpriming in Insekten, sondern auch zur Aufklärung der immer noch unbekannten Regulation zellulärer Dscam-Spleißsignaturen beitragen.