Investigations on immune sensing of Staphylococcus aureus in allergic and inflammatory bowel diseases

Die Erkennung von Bakterien, wie z.B. von Staphylococcus aureus (S. aureus), durch unser Immunsystem wird durch spezielle keimbahn-codierte „pattern recognition receptors“ (PRRs) des angeborenen Immunsystems vermittelt. Diese sogenannten Toll-like-Rezeptoren (TLRs) und NOD-Rezeptoren („Nucleotide-binding oligomerization domaincontaining proteins“) werden fast ubiquitar auf und innerhalb vieler Zelltypen exprimiert, wie z.B. Epithel- und Immunzellen. Diese Rezeptoren sind in der Lage unterschiedliche und hoch konservierte bakterielle Molekule zu erkennen, wie z.B. das Lipopolysaccharid (LPS uber TLR4), Lipoproteine (LPPs uber TLR 2/1 und 2/6 TLR) und, basierend auf der Literatur, auch das Peptidoglycan (PGN uber TLR2, PGN-Fragmente uber NOD2), welches den Hauptbestandteil der bakteriellen Zellwand darstellt. Das Ziel dieser Arbeit war es die Rolle des PGNs in der Aktivierung des Immunsystems und einen moglichen Einfluss auf Krankheiten, wie atopischer Dermatitis, Morbus Crohn, ulcerativer Colitis und Nahrungsmittelallergien zu eruieren. Dazu wurde ein neuartiges Verfahren zur Isolierung von hochreinem PGN in ausreichenden Mengen entwickelt und das isolierte PGN und dessen Fragmente, sowie synthetische Lipopeptide, in in-vitro-Zellassays getestet. Wir konnten zeigen, dass beispielsweise reines, polymeres PGN (> 5mer, PGNpol), isoliert aus einer LPP-defizienten S. aureus SA113-Mutante (SA113Δlgt), keine Immunantwort und Reifung von dendritischen Zellen (DCs) induzierte. Eine Kostimulation von polymerem PGN mit einem TLR2-Liganden, bei dem es sich um LPP-Ruckstande innerhalb des PGNs aus einem Wildtyp S. aureus (SA113) handelte, fuhrte dahingegen zu einem signifikanten Anstieg der IL-6-, als auch der IL-12p40-Sekretion und der jeweiligen DC-Reifungsmarker (MHC-II, CD40). Eine ahnliche Reaktion konnte auch bei der Stimulation einer Monozyten-Zelllinie (Mono-Mac-6-Zellen) und einer Makrophagen-Zelllinie (J774-Zellen) beobachtet werden. Nur eine Kostimulation fuhrte zu einer signifikanten IL-8 bzw. TNF-α-Induktion. Ferner fuhrte die kutane in-vivo-Applikation von lebenden S. aureus-Zellen bei Mausen zur Inhibierung einer adaptiven Immunantwort durch die Expression von IL-6 und der damit verbundenen Rekrutierung Gr1+CD11b+ myeloider Suppressorzellen (MDSCs) an die Infektionsstelle. Bedeutender war jedoch, dass die Applikation eines TLR2/6-Liganden (Pam2Cys oder diacylierte LPPs), und nicht die Applikation eines TLR2/1-Liganden (Pam3Cys oder triacylierte LPPs), zur Migration von MDSCs an den Ort der Infektion fuhrte. Diese MDSC-Rekrutierung reduzierte zudem den Grad der mit der Infektion einhergehenden Schwellung der Ohren der infizierten Mause. Diese Ergebnisse liefern eine Erklarung, wie Bakterien in der Lage sein konnen unsere Haut zu kolonisieren, ohne dabei eine Immunantwort zu induzieren. Daruber hinaus wurden Ovalbumin-exprimierende Staphylokokken-Stamme (intrazellulare vs. extrazellulare Expression) kloniert. Dazu wurde ein xylose-induzierbares Expressionssystem (basierend auf pTX-Vektoren) genutzt und die resultierenden Expressionsvektoren in mehrere Staphylokokken-Stamme transformiert (SA113Δspa, SA113Δlgt, SA113ΔoatA, SA113ΔtagO, S. carnosus TM300), welche u.a. in der Veranderungen in der Zellwand aufweisen. Die resultierenden Stamme wurden sequenziert und die Ovalbumin-Expression durch Western Blot-Analysen unter Verwendung eines monoklonalen Anti-Ovalbumin-Antikorpers und eines T-Zell-Proliferations-Assays verifiziert.