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The role of lung epithelial cells and TNF‐alpha in Panton-Valentine Leukocidin induced lung inflammation
Mario Biaggio
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Betreuer*in
Sylvia Knapp
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30201.49079.376261-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Panton Valentine Leukocidin (PVL) ist ein Poren-bildendes Toxin, das von Staphylococcus aureus produziert wird. PVL ist ein seit langem bekanntes Toxin, mit Großteils unbekanntem Wirkmechanismus und hat in den letzten Jahren besondere Aufmerksamkeit erregt. Klinische Studien belegen, dass dieses Toxin mit lebensbedrohlichen Fällen von nekrotisierender Pneumonie in jungen Erwachsenen assoziiert ist. Des Weiteren ist eine auffällige Assoziation mit Methicillin resistenten S. aureus Stämmen (MRSA) gegeben, die auch außerhalb von Krankenhäusern verbreitet werden. Da diese neuen Varianten von S. aureus eine wesentlich höhere Virulenz besitzen als nosokomiale Stämme, vermuten wir, dass PVL hierbei eine tragende Rolle spielt.
Das Labor von Sylvia Knapp erforscht die Rolle von PVL in Entzündungsvorgängen der Lunge und entdeckte kürzlich, dass die Rezeptoren CD14 und TLR2 notwendig sind in der Initiation der Entzündungsreaktion in vitro als auch in vivo. Die Auslösung der Entzündung ist unabhängig der Fähigkeit von PVL, Poren in Zellmembranen zu bilden und wird von einer PVL Untereinheit ausgelöst, die lukS-PV genannt wird.
Da PVL alleinig nicht in der Lage ist eine Nekrose der Lunge hervor zu rufen, vermuteten wir, dass PVL die Aktivität anderer bakterieller Virulenzfaktoren verstärken könnte, und diese zusammengefasst in der Lage sind eine Nekrose hervorzurufen. Das Thema meiner Diplomarbeit beschäftigte sich mit den möglichen synergistischen Effekten von PVL und anderen, bereits bekannten Virulenzfaktoren von S. aureus bei Entzündungen der Lunge. Dies umfasste auch Protein A, einen weiteren Virulenzfaktor von S. aureus, bzw. die potentielle Verstärkung der Entzündung durch diesen und PVL. Es ist bekannt, dass Protein A erheblich zur Entstehung von S. aureus vermittelter Lungenentzündung beiträgt, und alleine in der Lage ist eine Entzündungsreaktion in der Lunge durch Interaktion mit TNF-R1 auszulösen.
Basierend auf in vitro und in vivo Experimenten, die ich durchführte, konnten wir tatsächlich einen synergistischem Effekt von Protein A und PVL bei der Auslösung einer Entzündungsreaktion in der Lunge beobachten. Dieser Effekt war in einem in vitro Experiment abhängig von der Präsenz von TLR2 (PVL Rezeptor) und TNF-R1 (Protein A Rezeptor). Während der Untersuchung des synergistischen Effektes von PVL und Protein A entdeckten wir in einem in vivo Experiment überraschenderweise, dass die Entzündungsauslösung durch PVL bei Abwesenheit von TNF-R1 fast vollständig inhibiert wurde. Das Fehlen von TNF-R1 auf alveolären Makrophagen verhinderte nicht die PVL vermittelte Entzündungsreaktion was bedeutet, dass PVL keine Entzündungsreaktion direkt über TNF-R1 vermitteln kann. Wir vermuteten in unserem in vivo Modell allerdings einen wesentlich komplizierteren Mechanismus durch frei lösliches TNF-alpha, dessen Ausschüttung möglicherweise eine Folge der Präsenz von PVL sein könnte. In der Tat bestätigten weitere PCR und Microarray Experimente, dass TNF-alpha eines der durch PVL am stärksten induzierten Zytokine in alveolären Makrophagen ist. Da sowohl alveoläre Makrophagen, als auch Lungenepithelzellen in vivo TNF-R1 exprimieren, war es notwendig eine Knochenmarkstransplantation durch zu führen um die jeweilige Bedeutung in PVL induzierter Entzündungsreaktionen der Lunge aufzuklären. Während in WT/WT Mäusen PVL in der Lage war eine Entzündungsreaktion aus zu lösen war dies in KO/KO Mäusen nicht möglich. Beide chimären Genotypen (WT/KO & KO/WT) zeigten einen intermediären Phänotyp. Diese Daten deuten darauf hin, dass TNF-α wesentlich zur PVL-vermittelten Entzündungsreaktion beiträgt, und dass TNF-R1 auf alveolären Makrophagen als auch auf Epithelzellen für diesen Effekt notwendig ist.
Abstract
(Englisch)
Panton Valentine Leukocidin (PVL) is a pore-forming toxin secreted by Staphylococcus aureus. PVL has gained enormous attention over the last few years, because clinical data revealed that the presence of this toxin was found associated with life-threatening cases of necrotizing pneumonia in young adults. Moreover, methicillin resistant S. aureus (MRSA) strains emerged in the community over the last years, most of which carrying the gene for PVL. Because these new bacterial strains have been shown to be far more virulent than hospital associated MRSA, we hypothesized that PVL might be an important virulence factor.
The lab of Sylvia Knapp studied the role of PVL in lung inflammation and recently identified that CD14 and TLR2 are required for PVL to induce an inflammatory response both in vitro and in vivo. This inflammatory response was shown to be independent of PVL’s pore-forming properties and was induced by one subunit of PVL (called LukS-PV).
Because PVL alone was not capable of inducing lung necrosis, we hypothesized that PVL might enhance the activity of other bacterial virulence factors, and that only the combined effect can trigger pulmonary necrosis. The topic of my diploma thesis was to investigate the potentially synergistic effects of PVL and other known staphylococcal virulence factors during lung inflammation. As such I studied the potential synergism between PVL and protein A, a well-known virulence factor of S. aureus. Protein A has been earlier shown to importantly contribute to S. aureus pneumonia as it is capable of inflaming the lung via involvement of TNF-R1.
Based on experiments I performed we observed that PVL and protein A indeed synergize in causing lung inflammation both in vitro and in vivo. This synergistic effect depended on the presence of TLR2 (PVL receptor) and TNF-R1 (protein A receptor) in vitro. When studying this synergism during lung inflammation in mice, we unexpectedly discovered that PVL itself was almost incapable of inducing lung inflammation in the absence of TNF-R1 in vivo. Absence of TNF-R1 on macrophages did not prevent PVL from inducing an inflammatory response, hence ruling out the possibility that PVL triggers inflammation via TNF-R1 but rather suggesting that the in vivo phenotype was based on indirect effects of soluble TNF-!. In accordance, microarray and PCR results confirmed that TNF-alpha is one of the strongest induced cytokines in response to PVL stimulation of macrophages. Because both macrophages and respiratory epithelial cells express TNF-R1 in vivo, we performed bone marrow transplant experiments to identify the respective contribution to PVL induced lung inflammation. While PVL-induced lung inflammation was present in WT/WT mice and abolished in KO/KO animals, both chimeric WT/KO and KO/WT groups showed an intermediate phenotype. These data suggest that TNF importantly contributes to PVL-induced lung inflammation and that TNF-R1 on macrophages and epithelial cells is required for this response.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
lung epithelial cells TNF Panton-Valentine Leukocidin lung inflammation
Schlagwörter
(Deutsch)
Lungenepithelzellen TNF Panton Valentine Leukocidin toxin Lungenentzündung
Autor*innen
Mario Biaggio
Haupttitel (Englisch)
The role of lung epithelial cells and TNF‐alpha in Panton-Valentine Leukocidin induced lung inflammation
Paralleltitel (Deutsch)
Die Rolle von Lungenepithelzellen und TNF‐α in Entzündungsvorgängen der Lunge ausgelöst durch Panton-Valentine Leukocidin
Publikationsjahr
2010
Umfangsangabe
50 S. : graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Pavel Kovarik
AC Nummer
AC08519165
Utheses ID
11675
Studienkennzahl
UA | 490 | | |