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Role of the Th- 17 cytokines in the host response to Salmonella enterica Serovar Typhimurium

Christoph Blaschitz

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Thomas Decker

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DOI

10.25365/thesis.13421

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30502.69244.876761-6

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Salmonella typhimurium ist ein gram- negatives Bakterium und eine der häufigsten Ursachen für eine Lebensmittelvergiftung. Der Krankheitserreger kann häufig in zu kurzgekochten Eiern, Hühnerfleisch bzw. in Dritte- Welt- Ländern auch in stehendem Gewässer vorgefunden werden. Der Verzehr kontaminierter Lebensmittel kann zu akutem Durchfall (Diarrhö), Sepsis und in schweren Fällen bis zum Tode führen. Im Gegensatz zu immunkompetenten Personen kann die Infektion bei Kindern, älteren Personen und Patienten mit primärer oder sekundärer Immunschwäche dazu führen, dass sich die Bakterien rasch ausbreiten und in den Blutkreislauf gelangen. Eine Sepsis (Blutvergiftung) ist die Folge, welche in Dritte- Welt- Ländern häufig nicht rechtzeitig behandelt werden kann und bei den Patienten zum Tode führt. Als Schlüsselspieler für die Immunabwehr während einer Salmonella typhimurium gelten Antigen- Präsentierende- Zellen (APC) wie Monozyten/ Makrophagen und Dendritische Zellen (DC). Dendritische Zellen produzieren während einer Bakterieninfektion Zytokine welche eine Entzündung stimulieren. Eine wichtige Rolle nehmen dabei die Zytokine Interleukin (IL)- 1β und das kürzlich entdeckte IL- 23 ein. Charakteristisch für eine solche Entzündung ist die Aktivierung von T Zellen durch APC und den folgenden Influx von Bakterien bekämpfenden Zellen wie Neutrophile Granulozyten. Zur Untersuchung des molekularen Ablaufs wird in den meisten Fällen die Maus als Modellorganismus zur Hilfe gezogen. Es gibt jedoch kaum Informationen wie und wodurch diese neuen Entzündung stimulierenden Zytokine im Menschen induziert werden und welche Rolle sie spielen während eine Salmonella typhimurium Infektion. Um dies zu untersuchen isolierten wir humane Monozyten aus Blutspenden gesunder Personen und differenzierten diese zu Makrophagen und Dendritischen Zellen. Wir infizierten die gewonnenen Zellen mit Salmonella typhimurium und Mutanten. Die Infektion von APCs mit S. typhimurium resultierte hohen Levels an IL- 1β und IL- 23. Durch Infektionsexperimente mit Mutanten welche bestimmte pathogen assoziierte molekulare Muster nicht mehr produzieren, konnten wir zeigen dass im Gegensatz zum Maus Modell die Produktion von IL-1β nicht von einem der beiden Salmonella pathogenicity island (SPI) Type 3 Secretion System abhängt. Hingegen wurden deutlich geringere Mengen an IL-1β und IL- 23 bestimmt wenn diese Zellen mit einer Mutante infiziert wurden, welche einen Defekt in der Lipid A Acetylierung aufweist. Dies lässt vermuten dass die Aktivierung des Oberflächenrezeptors TLR4 eine große Rolle bei der Induktion von Entzündung stimulierenden Zytokinen spielt. Viele Studien weisen darauf hin dass die Produktion von IL-1β zwei Signale benötigt. Während das erste Signal (oft induziert durch LPS und dessen Aktivierung von TLR4) die Expression von pro- IL-1β stimuliert, wird ein zweites Signal benötigt um mittels Aktivierung der Caspase- 1 pro-IL-1β zu spalten und dabei zu aktivieren. Weiters zeigen wir in dieser Studie, dass das TLR Adapter Protein MyD88, welches oft die Brücke zwischen Pathogen erkennenden Rezeptoren und Transkriptionsfaktoren bildet, essenziell für die Produktion von IL-1β und IL- 23 in humanen DCs während einer S. typhimurium Infektion ist. In dieser Studie konnten wir zeigen dass LPS eine große Rolle bei der Stimulation von humanen Dendritischen Zellen während einer S. typhimurium Infektion einnimmt. Dadurch kommt es zur Produktion der Entzündungs- stimulierenden Zytokine IL- 1β und IL- 23 mittels des Adapter Proteins MyD88. Weiters konnten wir zeigen, dass die Stimulation von Memory T Zellen mit dem Überstand von S. typhimurium infizieren DCs ausreicht, so dass diese das Zytokine IL- 17 produzieren. Außerdem, zeigten wir in dieser Studie dass die molekulare Antwort von APCs auf eine S. typhimurium Infektion im Menschen sich von der in der Maus unterscheidet.

Abstract

(Englisch)

Salmonella typhimurium is a human foodborne pathogen, which upon ingestion causes inflammatory diarrhea but can also lead to bacteremia and death in the most severe cases. In immunocompetent patients the immune system confines the bacteria to the intestine and after a few days the infection is cleared. In children, elderly or patients with primary or secondary immune deficiencies S. typhimurium can spread to the blood stream and lead to bacteremia. However, attenuated variants of this bacterium still trigger a strong innate and adaptive immune response, which is why recently research has been done on S. typhimurium and its use as an immunization agent. Key players of the innate immune responses to S. typhimurium are antigen-presenting cells including monocytes/macrophages and dendritic cells. Recently, it has been proposed that dendritic cells secrete a novel cytokine called interleukin (IL-)23, in addition to other pro- inflammatory cytokines such as IL-1β. While there are many studies of S. typhimurium infection in a mouse model, little is known about the induction and role of these cytokines during S. typhimurium infection in humans. To investigate this, we isolated monocytes and differentiated dendritic cells (antigen presenting cells, APCs) from blood samples collected from healthy human subjects and infected both cell types with S. typhimurium. Infection of APCs with S. typhimurium resulted in high level of secretion of IL- 23 in addition to IL-1β. When these cells were infected with mutant strains lacking different pathogen associated molecular patterns we found, that in contrast to the mouse model, IL- 1β secretion was not dependent on either one of the two Salmonella pathogenicity islands (SPI) type-three secretion systems (T3SS). However, significant lower levels of IL- 1β and IL- 23 were observed in APCs when infected with a mutant defective in lipid A acylation. This indicates that activation of TLR4 is necessary for secretion of these cytokines. It is thought that two signals are needed for the mature IL-1β to be secreted. While a first signal (often provided by LPS- mediated activation of TLR4) is needed for the production of pro-IL-1β, a second signal is needed to activate Caspase- 1 to cleave the pro- IL1-β. In this study we showed that the TLR adaptor protein MyD88, which links multiple pathogen recognition receptors to transcription factors is essential for the production of IL-1β and IL-23 in human DCs upon S. typhimurium infection. Taken together we show that during a S. typhimurium infection LPS plays a major role in stimulating hDC to secrete the cytokines IL-1β and IL- 23 through MyD88. Furthermore we show that the supernatant of hDCs infected with S. typhimurium activates memory T cells to secrete the Th17 cytokine IL- 17. Our results also indicate, that the molecular response of APCs upon S. typhimurium infection is different in human and mouse, and therefore further studies in primary human cells should be performed.

Autor*innen

Christoph Blaschitz

Haupttitel (Englisch)

Role of the Th- 17 cytokines in the host response to Salmonella enterica Serovar Typhimurium

Paralleltitel (Deutsch)

Die Rolle der von Th- 17 Zellen produzierten Zytokine im Verlauf einer Immunabwehr gegen Salmonella Typhimurium

Publikationsjahr

2010

Umfangsangabe

85 S. : graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Thomas Decker

Klassifikationen

42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie ,

44 Medizin > 44.45 Immunologie

AC Nummer

AC08520323

Utheses ID

12061

Studienkennzahl

UA | 066 | 830 | |

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Schlagwörter