title: Influence of Legionella pneumophila outer membrane vesicles on the bacterial replication in macrophages
title: Einfluss von Legionella pneumophila outer membrane vesicles auf die bakterielle Replikation in Makrophagen
Creators: name: Jung, Anna Lena
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2016
Subjects: Medical sciences, Medicine
Medizin, Gesundheit
Makrophage
bakterielle Replikation , Wirts-Pathogen-Interaktion
Legionella pneumophila
outer membrane vesicles
bacterial replication , host-pathogen-interaction

description: 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.
description: 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.