Nachweis und Reaktivität epithelialer und mesenchymaler Zielzellen für Escherichia coli Shigatoxin in den Kolonkrypten des Rindes
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Zusammenfassung
Die Shigatoxin- (Stx-)induzierte Sekretion pro-inflammatorischer Chemokine durch Epithelzellen ist ein zentrales Ereignis in der Pathogenese intestinaler Entzündungen, die beim Menschen durch Stx-bildende E. coli (STEC) hervorgerufen werden können. Das Vorkommen von Stx-Rezeptoren auf Zellen in Kolonkrypten des Rindes warf die Frage nach der Bedeutung dieser Zellen in der Pathogenese der STEC-Infektion des Rindes auf. In einem erstmals für infektions-immunologische Fragestellungen verwendeten in vitro-Modell boviner Kolonzellen wurde deshalb die Wirkung von Stx1 auf verschiedene Zellfunktionen mittels Durchflusszytometrie, Fluoreszenzmikroskopie und reverser Real time PCR untersucht. In den aus der Darmschleimhaut von Schlachtrindern gewonnenen Kulturen primärer Kolonzellen lag der Anteil an Epithelzellen zwischen 80 und 95 %. Die Epithelzellen bildeten partiell tight junctions aus. Eine im Vergleich zu CaCo-2-Zellen jedoch nur geringe Expression von Leitenzymen ließ auf eine bereits nach wenigen Tagen eintretende Entdifferenzierung der Zellen schließen. Trotzdem behielten sie die Fähigkeit zur Transkription und Sekretion ausgewählter Chemokine bei, wie durch reverse Real time PCR und Granulozyten-Migrationsstudien nachgewiesen werden konnte. Durchflusszytometrische und fluoreszenzmikroskopische Untersuchungen zeigten, dass 15 bis 20 % der kultivierten Epithelzellen über den Stx-Rezeptor CD77 verfügten. Die Expression von CD77 war bei Epithelzellen nicht nur an der Oberfläche, sondern vor allem intrazellulär in Kernnähe nachweisbar. Stx1 veränderte weder die zelluläre Verteilung des CD77 noch die epitheliale Apoptoserate. Die Untersuchung primärer Epithelzellkulturen mit reverser Real time PCR ergab, dass unter der Wirkung von Stx1 eine geringgradige Zunahme von mcp-1-Transkripten auftrat. Keinen Einfluss dagegen übte Stx1 auf den Gehalt an mRNA für TGF-beta sowie für Gro-alpha, RANTES und IL-8 aus. Migrationsstudien mit bovinen Granulozyten bestätigten, dass Stx1 auch die Sekretion granulozytotroper Chemokine aus Epithelzellen nicht veränderte. Neben den Epithelzellen kamen in geringer Anzahl auch mesenchymale Zellen in den Primärkulturen vor. Ein Teil dieser Zellen wies eine starke, oberflächlich lokalisierte Stx-Rezeptor-Expression auf und reagierte auf Stx1 mit einer Rezeptor-Umverteilung von der Zelloberfäche in intrazelluläre Kompartimente. Darüberhinaus hatte die Inkubation mit Stx1 zwar nur einen geringradigen Einfluss auf die Stoffwechselaktivität mesenchymaler Kolonzellkulturen, führte aber zur Eliminierung der CD77-exprimierenden Zellpopulation. Zur besseren funktionellen Charakterisierung der Stx-sensiblen Mesenchymalzellen wurden sie mit dem Plasmid pSVneo3 transfiziert und immortalisiert. Es entstanden mehrere Zellklone, von denen einer aufgrund seiner starken CD77-Expression zur weiteren Charakterisierung ausgewählt wurde. Die Zellen dieses Kolonzell-Klons exprimierten neben MHC I auch den Monozyten/Makrophagen-Marker CD14 sowie das auf myeloiden und dendritischen Zellen vorkommende CD172a. Unter Einwirkung von Stx1 kam es zu einer Umverteilung des Rezeptors von der Zelloberfläche in intrazelluläre Kompartimente. Auf LPS-Stimulation reagierten die Zellen mit einer erhöhten il-12-Transkription. Bei gleichzeitiger Anwesenheit von LPS und Stx1 synthetisierten sie jedoch vermehrt il-10-mRNA. Außerdem induzierte Stx1 die Transkription der Chemokingene il-8, gro-alpha, mcp-1 und rantes, die sich bei gleichzeitiger Einwirkung von LPS bis zum 70-fachen steigern ließ.Die Ergebnisse zeigen, dass Stx1 für bovine Kolonepithelzellen nicht zytotoxisch ist. Bovine intestinale Epithelzellen sind auch im Hinblick auf die Sekretion ausgewählter Chemokine gegenüber Stx1 resistent. Im Bereich der Kolonkrypten des Rindes konnten jedoch erstmals mesenchymale Zellen als Zielzellen für Stx1 identifiziert werden. Durch ihre Fähigkeit, verschiedene Botenstoffe des Immunsystems zu exprimieren, könnten diese Zellen bei der STEC-Infektion des Rindes eine große Bedeutung besitzen.Verknüpfung zu Publikationen oder weiteren Datensätzen
Beschreibung
Anmerkungen
Erstpublikation in
Giessen : VVB Laufersweiler 2007