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The role of Interferons and their signal transducers in Listeria monocytogenes infection of mice
Elisabeth Kernbauer
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Betreuer*in
Thomas Decker
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30104.67398.704762-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Interferone sind wichtige Zytokine für die antivirale und antibakterielle Antwort des Immunsystems. Interferone binden an spezifische Zellrezeptoren, wie den Interferon alpha/beta oder gamma Rezeptor und lösen dabei Stat1 vermittelte Signaltransduktionsprozesse aus. Bei Abwesenheit von Stat1 in folge von Mutationen erhöht sich bei Mäusen und Menschen in gleicher Weise die Empfindlichkeit gegen virale und bakterielle Infektionen.
Listeria monocytogenes ist ein Gram positives, fakultativ intrazelluläres Bakterium, welches leichte bis schwere Erkrankungen in Menschen auslösen kann. Mehrere Virulenzfaktoren ermöglichen die Invasion und die Verbreitung von Listeria monocytogenes im Wirtsorganismus.
Im ersten Teil der vorliegenden Doktorarbeit wurde der Einfluss von Stat1 auf verschiedene Zellen des Immunsystems während unterschiedlicher Phasen der Immunreaktion gegen das Pathogen untersucht. Dafür wurden Mäuse mit Stat1 Defizienz in Makrophagen, dendritischen Zellen oder T Zellen verwendet. Durch die durchgeführten Experimente konnte festgestellt werden, dass Interferon aktivierte Makrophagen außerordentlich wichtig für das angeborene Immunsystem sind. Im Kontrast dazu haben sie aber eine vernachlässigbare Rolle während der adaptiven Phase der Immunreaktion gegen Listeria monocytogenes. Differenzierter ist hingegen das Bild für Dendritische Zellen. Diese haben keinen Einfluss auf die Immunreaktion während der frühen Infektionsphase, sind aber wichtig für die Entstehung einer effizienten adaptiven Antwort, unter anderem da sie die Proliferation von regulatorischen T Zellen beeinflussen. Ein ambivalentes Bild bieten T-Zellen. Während Mäuse ohne T Zell Stat1 resistenter gegenüber Listeria monocytogenes Infektionen sind, können nur Mäuse mit intaktem Stat1 in T Zellen eine protektive Immunantwort entwickeln. Des weiteren beeinflusst Stat1 andere infektionsassozierte Prozesse, wie zum Beispiel die Zusammensetzung von zellulären Infiltraten zu Entzündungreaktionen.
Im zweiten Teil der vorliegenden Dissertation wurde der Einfluss von Typ I Interferonen auf unterschiedliche Infektionsrouten getestet. Die bevorzugte Infektionsroute von Listeria monocytogenes auf den Menschen erfolgt über den intragastrische Infektionsweg. Das Mausmodell weist allerdings einige Schwächen auf, diese Schwierigkeit konnte aber mit einem an die Maus adaptierten Stamm überwunden werden. Dabei wurde das Internalin A der Listerien dahingehend mutiert, dass es besser mit dem Maus E-cadherin an Epithelzellen interagieren kann, wobei eine robuste Infektion der Versuchsmäuse erzielt wurde. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass die gut dokumentierte schädliche Wirkung von Typ I Interferonen nach intraperitonealer Infektion nicht rekapituliert werden. Im Gegensatz zu den bisherigen Ergebnissen scheinen Typ I Interferone eine protektive Wirkung nach dieser Art der Infektion zu besitzen, besonders zwei Tage nach Inokulation der Mäuse. Der Vergleich zwischen intragastrischer und intraperitonealer Infektion zeigt darüber hinaus, dass die Zytokinproduktion der Ifnar1-/- Mäuse nach intragastrischer Infektion unterschiedlich zu jenem nach intraperitonealer Infektion war. Als Schlussfolgerung für die Studie wurde demnach gezogen, dass die Infektionsroute entscheidend für die Rolle der Typ I Interferone während einer Listeria monocytogenes Infektion ist.
Ziel des dritten Teils der PhD Thesis war es die Interferon produzierende Zelle in vivo nach Infektion mit Listeria monocytogenes zu identifizieren. Dafür wurden Mausstämme verwendet, welche defizient für unterschiedliche Proteine sind, die eine Rolle für die Induktion und Produktion von Typ I Interferonen besitzen. Die gewonnen Resultate zeigen, dass myeloide Zellen in der Milz als Hauptproduzenten für Typ I Interferone dienen.
Zusammengefasst konnten wir mit den drei vorliegenden Studien wichtige Aspekte der Interferonbiologie in Listeria monocytogenes Infektionen beleuchten. Erstens konnten wir individuellen interferonaktivierten Zellpopulationen eine Rolle in unterschiedlichen Phasen der Immunantwort zu Listeria monocytogenes zuordnen. Zweitens konnten wir den Einfluss von dem Infektionsweg auf die Immunantwort auf Listeria monocytogenes bestimmen. Und schließlich konnte jener Zelltyp identifiziert werden, welcher in vivo für die Interferonproduktion zuständig ist.
Abstract
(Englisch)
Interferons (IFN) are important cytokines for the immune response to many pathogens. The signal transducer and activator of transcription (Stat1) is the central mediator of IFN responses downstream of the interferon gamma receptor (IFNGR) and type I interferon receptor (Ifnar). Its deficiency is associated with increased susceptibility to bacterial and viral infections in humans and mice. Due to the remarkable sensitivity of Stat1-/- animals to infection with viral and nonviral pathogens many aspects of Stat1 function in the immune system are not readily amenable to experimental studies.
Listeria monocytogenes is a human pathogen causing mild to life threatening disease, due to its ability to cross several host barriers including epithelial layers and to infect a variety of cells.
In the first part of my PhD thesis, cell type specific ablation of the Stat1 gene was used to determine effects of Stat1 during innate and adaptive immune responses. We report an essential role of Stat1 for macrophage activation and increased resistance during the innate immune response to Listeria monocytogenes. Conversely, Stat1 signaling in T cells reduces innate resistance against Listeria monocytogenes. During secondary, acquired immune responses both T cell and dendritic cell Stat1 play protective roles, whereas macrophage Stat1 is dispensable. Stat1 in dendritic cells shapes the adaptive immune response not only by activating effector T cells, but also by influencing the ability of DC to control the proliferation of regulatory T cells. Our study further reveals important functions of Stat1 in the regulation of chemokine production, hence of cellular influxes to local inflammatory reactions..
The second part of the PhD thesis provides clear evidence that the route of infection with Listeria monocytogenes determines the effect of type I interferons (IFN-I) on innate resistance to Listeria monocytogenes infection. Whereas after intraperitoneal infection IFN-I exhibit detrimental activity towards the host, this effect was not observed after intragastric administration of Listeria monocytogenes, which represents the natural infection route. Intragastric infections with natural Listeria monocytogenes isolates are extremely inefficient because of the incompatibility of the receptor-ligand system important for uptake to epithelial cells. To overcome this problem we constructed and used a murinized Listeria monocytogenes strain expressing mutant Internalin A that interacts with high affinity with its E-cadherin receptor on epithelial cell surfaces, thus promoting robust infection. Using this strain for intragastric administration of Listeria monocytogenes we observed a protective effect of IFN-I reflected in an enhanced susceptibility of Ifnar1-/- animals. Concomitantly, lack of the Ifnar resulted in a delayed proinflammatory immune response, which might contribute to the enhanced susceptibility of Ifnar1-/- mice to intragastric Listeria monocytogenes infections.
In the third part of my PhD thesis the cell type responsible for IFN-I production during Listeria monocytogenes infection of mice was identified. Several gene-targeted mouse strains were used to identify the transcription factors important for IFN-I production during Listeria monocytogenes infection. We could show that myeloid cells residing in the spleen are responsible for the majority of IFN-I produced during innate responses to Listeria monocytogenes.
Taken together the results presented in my thesis elucidate the delicate role of IFNs and their signal transducer Stat1 in different cell populations and in different stages of infection of mice with the pathogen Listeria monocytogenes. They provide clear evidence that important facets of the innate response are critically influenced by the route of infection, i.e. the initial confrontation of host and pathogen.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Interferon Listeria monocytogenes STAT infection
Schlagwörter
(Deutsch)
Interferon Listeria monocytogene STAT Infektion
Autor*innen
Elisabeth Kernbauer
Haupttitel (Englisch)
The role of Interferons and their signal transducers in Listeria monocytogenes infection of mice
Paralleltitel (Deutsch)
Die Rolle von Interferonen und ihrer signaltransduzierenden Proteine in Listeria monocytogenes Infektionen
Publikationsjahr
2012
Umfangsangabe
VI, 118 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Sylvia Knapp ,
Michael Naumann
Klassifikationen
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie ,
42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie
AC Nummer
AC09610041
Utheses ID
17405
Studienkennzahl
UA | 091 | 441 | |