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Titel: Einfluss von Legionella pneumophila outer membrane vesicles auf die bakterielle Replikation in Makrophagen
Autor: Jung, Anna Lena
Weitere Beteiligte: Schmeck, Bernd (Prof. Dr.)
Erscheinungsjahr: 2016
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2016/0685
DOI: https://doi.org/10.17192/z2016.0685
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2016-06853
DDC: 610 Medizin, Gesundheit
Titel(trans.): Influence of Legionella pneumophila outer membrane vesicles on the bacterial replication in macrophages

Dokument

Schlagwörter:
Makrophage, Legionella pneumophila, outer membrane vesicles, bakterielle Replikation, Wirts-Pathogen-Interaktion, outer membrane vesicles, bacterial replication, host-pathogen-interaction

Zusammenfassung:
Gramnegative Bakterien treten über die Sekretion verschiedenster Moleküle mit ihrer Umwelt in Kontakt. Die Freisetzung von Proteinen und Nukleinsäuren kann aber nicht nur über die bakteriellen Sekretionssysteme vermittelt werden, sondern auch über outer membrane vesicles (OMVs) erfolgen. Diese kleinen, sphäroiden Membranvesikel werden von allen gramnegativen Bakterien gebildet und können über weite Entfernung wirken, da die zu transportierenden Proteine vor dem Abbau durch Proteasen geschützt sind. OMVs von Pathogenen können das angeborene Immunsystem aktivieren und immunmodulatorisch wirken. Legionella pneumophila (L. pneumophila) ist ein Auslöser schwerer, atypischer Pneumonien. Diese gramnegativen, stäbchenförmigen Bakterien kommen ubiquitär in der Umwelt vor und vermehren sich in Amöben. Die Inhalation von L. pneumophila führt in der humanen Lunge zur Infektion von Alveolarmakrophagen. In dieser Arbeit wurde der Einfluss von L. pneumophila-OMVs auf humane und murine Makrophagen untersucht. Differenzierte THP-1-Zellen wurden mit steigenden Dosen OMVs behandelt, was zur TLR2-abhängigen proinflammatorischen Aktivierung der Zellen führte. Die Zytokinfreisetzung wurde durch TLR2-Aktivierung und nachfolgende Signaltransduktion über NF-κB vermittelt. Darüber hinaus wurde der Einfluss von OMVs auf eine nachfolgende Infektion mit L. pneumophila untersucht. In einer frühen Phase der Infektion führte die OMV-Vorbehandlung der Makrophagen zu einem Rückgang der bakteriellen Replikation, wohingegen die Replikation im weiteren Verlauf der Infektion durch OMVs gesteigert wurde. Die Makrophagen waren permissiver für eine Infektion und hatten mehr Legionellen-Vakuolen pro Zelle. Der Anstieg der bakteriellen Replikation war unabhängig von den in den OMVs transportierten Proteinen oder Nukleinsäuren, konnte jedoch mit der Aktivierung von TLR2 in Verbindung gebracht werden. Des Weiteren wurde gezeigt, dass die intrazelluläre Signaltransduktion über IRAK-1 und die nukleäre Translokation von p65 vermittelt wurde. Die Makrophagen reagierten mit verminderter Expression proinflammatorischer Gene auf eine Infektion mit L. pneumophila, wenn sie zuvor mit OMVs inkubiert wurden. Die Induktion der antiinflammatorischen microRNA-146a (miR-146a) nach OMV-Stimulation erfolgte TLR2- und NF-κB-vermittelt und resultierte in einer degradationsbedingten Abwesenheit von IRAK-1 in Makrophagen. Transfektionsexperimente zeigten, dass sowohl die Überexpression von miR-146a als auch der siRNA-vermittelte knockdown von IRAK-1 die Legionellenreplikation steigern. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass L. pneumophila-OMVs potente proinflammatorische Aktivatoren für humane und murine Makrophagen sind und diese über TLR2 aktivieren. Die nachfolgende Infektion der Zellen mit L. pneumophila resultiert in einer gesteigerten Replikation, die miR-146a- und IRAK-1-abhängig ist. OMVs können so die bakterielle Replikation begünstigen und möglicherweise zur Ausbreitung der Infektion in der humanen Lunge beitragen.

Summary:
Gram-negative bacteria secrete various molecules to communicate with their environment. The secretion of proteins and nucleic acids cannot only be mediated via secretion systems, but also via outer membrane vesicles (OMVs). These small, spheroid membrane vesicles are produced by all Gram-negative bacteria and can deliver their cargo via long distances, as the transported proteins are protected from proteolytic degradation. OMVs from pathogenic bacteria can activate the innate immune system and can be immuno-modulatory. Legionella pneumophila (L. pneumophila) is a causative agent of severe, atypical pneumonia. These Gram-negative, rod-shaped bacteria occur ubiquitously and replicate in amoeba. Inhalation of L. pneumophila in human lungs leads to the infection of alveolar macrophages. In this work, the influence of L. pneumophila OMVs on human and murine macrophages was analyzed. Differentiated THP-1 cells were incubated with increasing OMV doses, which led to a TLR2-dependent pro-inflammatory activation of the cells. The cytokine secretion was induced through TLR2 activation and subsequent signal transduction via NF-κB. Furthermore, the impact of OMVs on a following infection with L. pneumophila was examined. In an early phase of infection, OMV pre-treatment of macrophages resulted in reduced bacterial replication, whereas at a later time point, replication was increased. Macrophages were more permissive for an infection and had more Legionella-containing vacuoles per cell. The increased bacterial replication was independent of the transported proteins and nucleic acids, but could be associated with TLR2 activation. Additionally, it could be shown that the intracellular signal transduction was mediated via IRAK-1 and the nuclear translocation of p65. Macrophages responded with a reduced expression of pro-inflammatory genes to an infection with L. pneumophila when they were pre-incubated with OMVs. The induction of the anti-inflammatory microRNA-146a (miR-146a) after OMV stimulation was TLR2- and NF-κB-mediated and resulted in a degradation-dependent absence of IRAK-1 in macrophages. Transfection experiments could demonstrate that the overexpression of miR-146a as well as the siRNA-mediated knockdown of IRAK-1 could induce L. pneumophila replication. In summary, the experiments demonstrated that L. pneumophila OMVs are potent pro-inflammatory stimulators for human und murine macrophages and that they activate them via TLR2. The subsequent infection with L. pneumophila results in an increased bacterial replication which depends on miR-146a and IRAK-1. OMVs can hereby promote the bacterial replication and possibly lead to the spreading of the infection in human lungs.


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