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Titel: Einfluss einer Helminthen-Infektion auf die allergische Sensibilisierung und das IgE-Repertoire im murinen Asthma-Modell
Autor: Liebetruth, Michael
Weitere Beteiligte: Maier, Rolf Felix (Prof. Dr. med.)
Erscheinungsjahr: 2016
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2016/0404
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2016-04048
DOI: https://doi.org/10.17192/z2016.0404
DDC: 610 Medizin, Gesundheit
Titel(trans.): Influence of helminth infection on allergic sensitization and the IgE repertoire in a murine modell of allergic asthma

Dokument

Schlagwörter:
IgE-repertoire, ige-repertoire, helminth infection, Litomosoides sigmodontis, asthma bronchiale, litomosoides sigmodontis, Bronchialasthma, allergic asthma, Helminthen-Infektion, Immunglobulin E, Eingeweidewürmer

Zusammenfassung:
Die Hygiene-Hypothese identifizierte vor über 20 Jahren u. a. humanpathogene Helminthen als möglichen Schutzfaktor gegenüber dem Auftreten allergischer Erkrankungen. Viele epidemiologische Studien zeigten eine inverse Korrelation zwischen dem Vorhandensein einer Helminthen-Infektion und der Prävalenz allergischer Erkrankungen, wie z. B. Asthma bronchiale. In den letzten Jahren wurden zunehmend Mausmodelle eingesetzt, um wichtige Faktoren, die für das antiallergische und immunmodulatorische Potential von Helminthen verantwortlich sind, zu identifizieren. Die durch eine chronische Helminthen-Infektion induzierte Immunantwort wird auch als alternative TH2-Antwort bezeichnet (Yazdanbakhsh et al., 2002). Meist liegt – ähnlich wie bei allergischen Erkrankungen - eine starke TH2-Antwort mit hohen systemischen IgE-Konzentrationen vor, jedoch fehlt jegliche Pathologie und Symptomatik. Dieses „Helminthen-Paradoxon“ (Smits et al., 2010) und insbesondere die Rolle der IgE-Antikörper-Antwort gilt es zu entschlüsseln. Hierfür wurden BALB/c-Mäuse mit L. sigmodontis über den Biss des natürlichen Vektors - der Tropischen Rattenmilbe (O. bacoti) - infiziert. Der Phänotyp der Mäuse wurde anschließend in einem etablierten Modell der akuten allergischen Atemwegsentzündung untersucht und mit nicht infizierten Mäusen verglichen. Fraglich war, ob die Wurm-Infektion im verwendeten Modell vor Asthma schützen würde und welche Auswirkungen sie auf den Prozess der allergischen Sensibilisierung und den Charakter des IgE-Antikörper-Repertoires haben würde. Die vorliegende Arbeit charakterisiert erstmals das IgE-Repertoire von Helminthen-infizierten Tieren in einem murinen Asthmamodell. Hierfür wurde splenische RNA extrahiert, umgeschrieben und mit einer RT-PCR amplifiziert. Das Produkt wurde in ein Plasmid ligiert, welches wiederum in kompetente E. coli-Zellen transferiert und kloniert wurde. Das monoklonale DNA-Amplifikat, das für die variable Region der schweren Kette des IgE-Moleküls kodierte, wurde von einem kommerziellen Anbieter sequenziert und anschließend durch einen etablierten Algorithmus analysiert. Zudem wurden Antikörper-Serumkonzentrationen mittels ELISA bestimmt, splenische B-Zellen mittels Durchflusszytometrie differenziert und als Indikator der allergischen Atemwegsentzündung der Influx eosinophiler Granulozyten in die Lunge mittels maschineller und mikroskopischer Zelldifferenzierung. gemessen. Während nicht infizierte Tiere einen starken Influx an eosinophilen Granulozyten in die Lunge zeigten, waren L. sigmodontis-infizierte Tiere - analog zu der erweiterten Hygiene-Hypothese - vor allergischer Atemwegsentzündung geschützt. Sie zeigten eine robuste TH2-wendige Immunantwort, viel stärker als bei nicht infizierten OVA-sensibilisierten Tieren. Die Immunantwort auf OVA wurde von der Helminthen-Infektion moduliert. Das IgE-Repertoire unterschied sich von dem Repertoire nicht infizierter Tiere in der CDR-H3-Komposition, durch längere CDR-H3, vermehrte Nutzung von gestreckten CDR-H3-Basisstrukturen und durch höhere Variabilität. Es konnten erhöhte somatische Mutationsraten und Anzeichen für Antigenselektion nachgewiesen werden. Dies spricht für eine oligoklonale Immunantwort, hervorgerufen durch klassische Affinitätsreifung. Es zeigt sich demnach, dass eine Infektion mit L. sigmodontis in dem hier genutzten Mausmodell vor Asthma bronchiale schützt und das IgE-Repertoire in Struktur und Funktion beeinflusst. Die Ergebnisse sind kompatibel mit der „IgE-Blocking-Hypothese“, welche postuliert, dass Helminthen-spezifische IgE-Antikörper durch Kreuz-Reaktion mit Allergen-spezifischem IgE oder Kompetition um den FcɛR1 eine Effektorzell-Degranulation verhindern.

Summary:
Twenty years ago the hygiene hypothesis was introduced identifying pathogenic helminths as potential protectors against allergic disease. Epidemiologic studies showed an inverse relationship between helminth infection and the prevalence of allergic disease such as allergic bronchial asthma. During the last few years the intention was to identify key players responsible for immunomodulation and antiallergic potential during helminth infection. The immune response induced by chronic helminth infection has been proposed as alternative TH2-response which is characterized by high systemic levels of IgE antibodies yet without pathology and symptoms (Yazdanbakhsh et al., 2002). This “helminth paradoxon” (Smits et al., 2010) remains to be solved. Especially the role of IgE is uncertain. For this reason BALB/c mice were infected with L3 larvae of the nematode L.sigmodontis by bite of the natural vector O. barcoti. The phenotype of infected mice was then being investigated in a well established model of acute allergic airway inflammation. The first question was whether infection with L. sigmodontis would protect against allergic asthma. Secondly the effect of infection on the process of allergic sensitization and the character of the IgE repertoire was to be determined. This study is the first to describe the IgE repertoire of helminth infected animals in a murine model of allergic asthma. For this reason splenic RNA was extracted, transcribed and amplified using RT-PCR for a defined area of murine IgE including the variable region of the H-chain. The amplification product was further ligated into a plasmid which was transferred to fully competent E. coli cells and being cloned later on. The monoclonal IgE amplificats were sequenced by a commercial provider and analyzed by an established algorithm. Furthermore serum antibody levels were measured by means of ELISA, splenic b cells were counted and characterized by means of FACS and allergic influx of eosinophils was measured by automatic cell counting and microscopic differentiation of BALF. Non-infected animals showed a strong influx of eosinophils indicating allergic airway inflammation. L. sigmodontis infection however – as predicted by the hygiene hypothesis – protected against airway inflammation. These animals showed a much stronger TH2 response than non-infected OVA-sensitized animals. The immune response to OVA was overshadowed by helminth infection. The IgE repertoire of infected animals differed with respect to CDR-H3 composition, longer CDR-H3, enhanced use of extended CDR-H3 base structures and higher variability. There were also higher rates of somatic mutation and signs of antigen selection indicating an oligoclonal immune response driven by classic affinity maturation. One can conclude that an infection with L. sigmodontis protected against allergic asthma in this specific mouse model influencing the IgE repertoire in structure and function. The results support the “IgE blocking hypothesis” which postulates that helminth specific IgE antibodies act as competitor for FcɛR1 with allergen specific IgE thereby prohibiting effector cell degranulation.


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