title: Molekulare Mechanismen der allergieprotektiven Wirkung durch Lactococcus lactis im Mausmodell des akuten allergischen Asthma
title: Molecular mechanisms of the allergy protective effect of Lactococcus lactis in a mouse model of acute allergic asthma
Creators: name: Niesel, Stefan Christian
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2012
Subjects: subject: BALB/c Maus
subject: Medizin, Gesundheit
subject: BALB/c Mouse
subject: Bronchialasthma
subject: Allergy
subject: FOS: Clinical medicine
subject: Epigenetics
subject: Asthma
subject: Allergie
subject: Lactococcus lactis
subject: Epigenetik

description: Als ursächlich für in den letzten
      Jahrzehnten stetig steigenden Prävalenzen von Asthma
      bronchiale in industrialisierten Ländern werden neben einer
      genetischen Prädisposition vor allem Umweltfaktoren
      verantwortlich gemacht. Die Hygiene-Hypothese bestätigend
      konnten epidemiologische Studien eine Reduktion allergischer
      Erkrankungen durch Exposition gegenüber mikrobiellen
      Komponenten im bäuerlichen Umfeld belegen. In Folge wurde das
      apathogene, Gram-positive Bakterium Lactococcus lactis (L.
      lactis) aus dem Stallstaub traditioneller Kuhställe isoliert.
      Im Tiermodell führte die intranasale Applikation von L.
      lactis an Ovalbumin (OVA)-sensibilisierte und -provozierte
      BALB/c-Mäuse zur signifikanten Reduktion des asthmatischen
      Phänotyps. In der vorliegenden Arbeit konnte dieser Effekt
      bestätigt werden. Des Weiteren wurden die zugrunde liegenden
      molekularen Mechanismen untersucht. Aus immunologischer Sicht
      geht Asthma mit einer Dominanz T-Helfer (Th)2-spezifischer
      Zytokine einher, bei Reduktion Th1- und Treg-spezifischer
      Zytokine. Daher wurden die Zytokinsekretionsmuster in
      mononukleären Zellen (MNCs), isoliert aus bronchialen
      Lymphknoten (lokale Reaktion) und der Milz (systemische
      Reaktion), untersucht. Dabei führte die L. lactis-Applikation
      lokal zu einer signifikante Reduktion der Th2-Antwort
      (Interleukin (IL)-5, IL-13). In der Milz waren die
      Th2-Zytokine tendenziell reduziert. Bei bestehenden
      immunologischen Konzepten einer Th1/Th2-Dysbalance oder einer
      Treg-Suppression als kausale Faktoren der Asthmaentstehung,
      konnte die protektive L. lactis-Wirkung mit keinem der beiden
      Modelle erklärt werden, da sich neben der reduzierten
      Th2-Antwort auch eine tendenzielle Reduktion Th1- (Interferon
      gamma (IFNy)) und Treg-spezifischer Zytokine (IL-10) fand. Im
      Rahmen der Pathogenese von Asthma bronchiale werden
      epigenetische Veränderungen als klärendes Bindeglied zwischen
      Gen-Umweltinteraktionen und der Fehlfunktion des Immunsystems
      vermutet. Für den epigenetischen Mechanismus der
      DNA-Methylierung konnte eine Assoziation mit der
      T-Zell-Differenzierung gezeigt werden. Daher wurde in der
      vorliegenden Arbeit bei nachgewiesenen Differenzen der
      Zytokinkonzentration durch L. lactis-Behandlung in weiteren
      Experimenten die DNA-Methylierung von CpGs CD4+CD25+- und
      CD4+CD25--T-Zellen in Promotorregionen Th1-, Th2- und
      Treg-typischer Zytokine analysiert. Hier konnten in den
      untersuchten DNA-Abschnitten für IL-5, IL-10 und IFNy keine
      signifikanten Unterschiede gefunden werden. Weitere
      Untersuchungen könnten klären, ob stattdessen
      Methylierungsunterschiede in weiter distal des
      Transkriptionsstarts gelegenen regulativen DNA-Regionen oder
      der epigenetische Mechanismus der Histonmodifikation mit dem
      Asthma-protektiven L. lactis-Effekt assoziiert sind.
      Schließlich deuten in der vorliegenden Arbeit gefundene
      signifikante Unterschiede der Methylierung des IFNγ-Promotors
      zwischen OVA-sensibilisierten Tieren und PBS (Phosphate
      Buffered Saline)-pseudosensibilisierten Tieren darauf hin,
      dass der epigenetische Mechanismus der DNA-Methylierung im
      Rahmen von Immunisierungsprozessen ein Rolle spielt.
      Signifikante Differenzen der Grund-Methylierung des
      IFNγ-Promotors zwischen T-Zellen bronchialer Lymphknoten und
      der Milz zeigen, dass eine separate Analyse lokaler und
      systemischer Effekte in diesem Modell erforderlich
      ist.
description: Both environmental and genetic
      factors are thought to be responsible for the increasing
      prevalence of asthma in industrialized countries in the last
      decades. Confirming the hygiene hypothesis, epidemiological
      studies have demonstrated a reduction of allergic disease
      after exposition to microbial components in a farming
      environment. Subsequently the apathogenic, gram-positive
      bacterium Lactococcus lactis (L. lactis) G121 was isolated
      from the stable dust of rural cow sheds. In a mouse model the
      intranasal application of L. lactis to Ovalbumin
      (OVA)-sensitized and -challenged BALB/c-mice significantly
      reduced the development of an asthmatic phenotype. The
      present work confirmed this result. Furthermore underlying
      molecular effects were examined. From an immunological point
      of view asthma is associated with a dominance of T-helper
      (Th)2 cytokines and a reduction of Th1- and regulatory T-cell
      (Treg)-specific cytokines. Consequently cytokine secretion
      patterns in mononuclear cells isolated out of bronchial lymph
      nodes (indicating local reaction) and the spleen (indicating
      systemic reaction) were analysed. In the lymph nodes,
      application of L. lactis resulted in a significant reduction
      of Th2-cytokines (IL 5, IL 13). In the spleen, Th2 cytokines
      were reduced. According to existing immunological concepts,
      either a Th1/Th2-imbalance or a Treg suppression is a causal
      factors in the development of asthma. However neither of the
      models could explain the protective L. lactis effect, as in
      addition to the reduced Th2-immune-response Th1-
      (interferon-gamma (IFNγ)) and Treg-specific cytokines (IL-10)
      tended to be likewise reduced. In the asthma pathogenesis,
      epigenetic changes are suspected to be the missing link
      between gene-environment interactions and dysfunction of the
      immune system. For the epigenetic mechanism of DNA
      methylation an association with T-cell differentiation was
      shown. Accordingly, having shown differences in cytokine
      concentrations by L. lactis treatment, in further analysis
      the DNA methylation in CD4+CD25+- and CD4+CD25--T-cells of
      CpGs in promoter regions of Th1-, Th2- and Treg-specific
      cytokines were analysed. No significant differences in the
      analysed DNA sequences were found for IL-5, IL-10 and IFNy.
      Further analysis could clarify, whether there are differences
      in DNA methylation in regulatory regions more distal to the
      transcription start or if the epigenetic mechanism of histone
      modification is associated with the protective L. lactis
      effect. Finally significant differences in the methylation of
      the IFNy promoter between OVA-sensitized and PBS (Phosphate
      buffered Saline) pseudo-sensitized animals indicate that the
      epigenetic process of DNA methylation plays a role in
      immunization processes. Significant differences in basic
      methylation of the IFNy promoter between T-cells isolated out
      of bronchial lymph nodes and the spleen show that separate
      analyses of local and systemic effects are required in this
      model.