Untersuchungen zur zellulären Immunantwort sowie zu wirtszellgebundenen Reaktionen gegen Eimeria bovis-Infektionen
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Zusammenfassung
Die individuell variierende Empfänglichkeit von Kälbern für eine E. bovis-Erstinfektion könnte mit unterschiedlich stark ausgeprägten, nicht-adaptativen Immunreaktionen zusammen-hängen. Um deren Natur zu überprüfen, wurden Analysen zu Interaktionen von Monozyten, Makrophagen, NK-Zellen und PMN mit E. bovis-Sporozoiten durchgeführt. Während Monozyten nur eine geringe Reaktivität nach Konfrontation mit E. bovis-Sporozoiten in vitro zeigten, waren alle anderen Zelltypen hochreaktiv, führten zur m. o. w. stark ausgeprägten Elimination der Parasiten und produzierten (mit Ausnahme der NK-Zellen) immun-modulatorisch wirkende Mediatoren. Immunhistologische Untersuchungen zeigten, dass der Makrophagenbesatz der infizierten Darmschleimhaut nach Primär- und Reinfektion zunehmend gesteigert ist. Sowohl PMN als auch Monozyten reagierten ex vivo im Infektionsverlauf mit gesteigerten Phagozytose- und Oxidative Burst-Aktivitäten. PMN-vermittelte Reaktionen führten zudem zu der hier erstmalig für die Abwehr von Eimeria-Stadien beschriebenen Bildung sog. Neutrophil extracellular traps , mit der Sporozoiten zwar nicht abgetötet wurden, jedoch über Vernetzung immobilisiert und an der Invasion von Wirtszellen gehindert wurden. Insgesamt ließen die Ergebnisse auf eine wichtige Beteiligung der oben genannten Zellen an der initialen Abwehr der E. bovis-Infektion schließen.Adaptative Immunreaktionen spielen generell eine wichtige Rolle bei der Abwehr von Eimeria-Infektionen, sowohl bezüglich der Kontrolle von Erstinfektionen als auch der Entwicklung der Immunität gegen Reinfektionen. Die Überprüfung solcher Reaktionen bei PBMC E. bovis experimentell primär- und reinfizierter Kälber verdeutlichte eine anhand antigenspezifischer T-Zellproliferation und zeitgleicher Synthese von IFN-γ und IL-2 als Th1-dominiert einzustufende Immunreaktion in der Präpatenz der Erstinfektion. Anschließend waren mit beginnender Patenz die Immunreaktionen über IL-4 eher Th2-orientiert und die PBMC proliferierten nicht mehr. Sowohl CD4+- als auch CD8+-T-Zellen wurden als Quelle der IFN-γ-Synthese in der Primärinfektion identifiziert, während IL-2 und IL-4 in erster Linie von CD4+ T-Zellen gebildet wurden. Lymphknotenlymphozyten reagierten insgesamt ähnlich wie PBMC, wobei es unerheblich war, aus welchem Lymphknoten sie stammten. PBMC primär-infizierter Tiere reagierten zusätzlich im Verlauf der Infektion in Antigen-unabhängiger Weise mit einer vermehrten Produktion von IFN-γ und IL-4, was einen bisher nicht beschriebenen Mechanismus bei Eimeria-Infektionen darstellt. Anhand von FACS-Analysen ließ sich nach Erstinfektion im peripheren Blut eine Expansion der CD4+-T-Zellen beobachten. Auf den Anteil der CD8+- und γδ-TCR+-positiven Zellen hatten die Infektionen kaum Einfluss. Nach Reinfektion blieben sowohl antigenspezifische proliferative Aktivitäten und Expansion der T-Zellsubpopulationen als auch Zytokinsynthese mit Ausnahme von IL-4 völlig aus, was einen frühen Abbruch der Reinfektion noch vor Entwicklung derjenigen Stadien, die während der Primärinfektion Reaktionen hervorgerufen hatten, vermuten lässt. Die Infiltration der infizierten Darmschleimhaut sowohl während der Primär- als auch der Reinfektion mit CD4+- und CD8+-T-Zellen lässt insgesamt auf protektive Funktionen beider Zelltypen schließen.E. bovis-Sporozoiten infizieren mit Endothelzellen hochreaktive Zellen, die ein breites Spektrum an pro-inflammatorischen und immunmodulatorischen Molekülen produzieren können und zudem sehr empfindlich auf widrige Bedingungen reagieren. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen zeigten, dass Infektionen mit E. bovis-Sporozoiten im Gegensatz zu solchen mit Tachyzoiten der nahe verwandten Arten T. gondii und N. caninum innerhalb von 3 Tagen p. i. zur vergleichsweisen schwachen Induktion immunmodulatorischer Mediatoren führt. Analysen zur Modulation des Wirtszelltranskriptoms 4 Stunden und 4 Tage nach der Infektion bestätigen dies. Dagegen erfolgte am Tag 8 der Merogonie I eine pro-inflammatorisch ausgerichtete Immunreaktion der Wirtszellen. Das transkriptionelle Profil von mit E. bovis-Sporozoiten infizierten bovinen Endothelzellen ließ insgesamt auf eine Zweiteilung der parasiten-induzierten Modulation der Wirtszelle schließen. Während in der Frühphase mit 4 Stunden und 4 Tage p. i. der Einfluss des Parasitens auf das Wirtszelltranskriptom gemessen an der Zahl regulierter Gene schwach war und eher eine hemmende Wirkung auf die Aktivierung der Endothelzellen vermuten ließ, kam es ab beginnender Proliferation des Parasitens 8 und 14 Tage p. i. zum massiven Eingriff in die wirtszelleigene Transkriptionsmaschinerie. Dabei waren diverse funktionelle Bereiche der Wirtszelle betroffen. Mit zunehmender Infektionsdauer nahm E. bovis vermehrt Einfluss auf Zellwachstum und -Proliferation, den Zell-Zyklus, den Zell-Tod sowie den wirtszelleigenen Metabolismus. Die Qualität der Regulation lassen auf eine parasiten-induzierte Hemmung der Apoptose und auf eine Arretierung des Zellzyklus als auch auf eine zunehmende Ausbeutung der wirtszelleigenen Nährstoffe zur Erleichterung der Parasitenproliferation schließen. Während die Nährstoffbedürfnisse von E. bovis bisher völlig unbekannt waren, weist die Induktion charakteristischer metabolischer Moleküle erstmalig auf eine Abhängigkeit des Parasitens von der zellulären Cholesterolsynthese während der proliferativen Phase hin.Gegen Ende der Merogonie I durchgeführte Proteomanalysen verdeutlichten dagegen, dass der Parasit zum Zeitpunkt der Merozoiten I-Freisetzung in erster Linie den Status quo der Wirtszelle erhält indem er z. B: weiterhin ihre Apoptose verhindert. Ansonsten wurde das Gros der nachgewiesenen Moleküle in seiner Abundanz vermindert, was mit auch mit einem Erschöpfungszustand der Wirszelle zusammenhängen könnte.Verknüpfung zu Publikationen oder weiteren Datensätzen
Beschreibung
Anmerkungen
Erstpublikation in
Giessen : VVB Laufersweiler