title: Effects of Bactericidal/Permeability-Increasing Protein (BPI) against Listeria monocytogenes and its function in an infection model of murine Listeriosis
title: Die Wirkung von Bactericidal/Permeability-Increasing Protein (BPI) auf Listeria monocytogenes und seine Funktion im Rahmen einer Listerieninfektion
Creators: name: Wittmann, Eva-Maria
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2014
Subjects: Listeria monocytogenes
BPI
Bactericidal/Permeability-Increasing Protein
Medizin, Gesundheit

description: Die antimikrobielle Wirkung von
      Bactericidal/permeability-increasing protein (BPI), einem
      Protein aus den azurophilen Granula neutrophiler Granulozyten
      (nGr), gegen gramnegative Bakterien ist seit Jahrzehnten
      bekannt. Dabei kann es sowohl LPS neutralisieren, wie auch
      Bakterien opsonisieren und damit deren Phagozytose
      verstärken. Im Rahmen dieser Arbeit konnte nun erstmals eine
      Funktion von BPI gegenüber grampositiven Bakterien, im
      speziellen Listeria monocytogenes (L.m.) nachgewiesen werden.
      Zum einen konnte gezeigt werden, dass humane nGr auf
      Stimulation mit Listerien mit einer BPI-Sekretion reagierten,
      zum anderen, dass BPI an die Bakterien binden konnte. Diese
      Bindung resultierte in einer direkten antimikrobiellen
      Wirkung gegen L.m.. Eine intragastrale Infektion von Wildtyp
      (WT)- Mäusen führte zu gesteigerten Expression der BPI-mRNA
      im Dünndarm, was einen ersten Hinweis auf die Funktion von
      BPI während einer Listeriose gab. BPI-defiziente (BPI-/-)
      Mäuse waren im Modell der murinen Listeriose unabhängig von
      der Applikationsroute suszeptibler gegenüber den Bakterien.
      Dies zeigte sich durch erhöhte Bakterienlasten in den
      infizierten Organen und eine verstärkte systemische
      Entzündung; wobei auch BPI-/- Mäuse letztlich in der Lage
      waren, die Bakterien zu kontrollieren. Um zu untersuchen
      welche Zellen für die erhöhte Suszeptibilität der BPI-/-
      Mäuse verantwortlich sind, wurden Analysen mit Makrophagen,
      DCs und nGr durchgeführt, die die erste Abwehrlinie bei einer
      Listeriose bilden. Weder isolierte Makrophagen noch DCs aus
      BPI-/- Mäusen konnten den in vivo Phänotyp der Mäuse
      rekapitulieren. Allerdings zeigten sich nach Stimulation von
      nGr aus WT und BPI-/- Mäusen mit UV-inaktivierten Listerien
      signifikante Unterschiede in der TNF- und ROS-Produktion der
      Zellen. BPI-/- nGr reagierten deutlich stärker auf die
      Stimulation. Die nGr beider Genotypen wiesen vergleichbare
      Effizienz bei der Phagozytose lebender Bakterien auf, aber
      unterschieden sich deutlich in ihrer Fähigkeit die Listerien
      nach 24 h abzutöten. In BPI-/- nGr fand sich nach 24 h eine
      dreifach höhere Bakterienlast. Aus den in vitro Daten kann
      auf das in vivo Modell die Hypothese übertragen werden, dass
      vermutlich nGr im Lauf einer Listeriose für die erhöhte
      Suszeptibilität der BPI-/- Mäuse verantwortlich sind. Da sich
      die BPI-/- Mäuse von der Infektion erholen, ist dabei davon
      auszugehen, dass auch in den BPI-/- Mäuse eine protektive
      adaptive Immunantwort ausgebildet werden kann.
description: The antimicrobial action of
      bactericidal/permeability-increasing protein (BPI) against
      gramnegative bacteria is known for decades. BPI is mainly
      expressed in azurophilic granules of neutrophil granulocytes
      (nGr). It is able to neutralize LPS as wells as to opsonize
      bacteria leading to enhanced phagocytosis of the bound
      bacteria. During this work we provided first evidence that
      BPI has also antimicrobial function against grampositive
      bacteria, especially Listeria monocytogenes (L.m.). On the
      one hand we could show that human nGr secrete BPI after
      stimulation with listeria, on the other hand that BPI binds
      to the bacteria. This binding leads to an antimicrobial
      action of BPI against L.m.. Intragastral infection of wild
      type (WT) mice led to an increased expression of BPI mRNA in
      the small intestine, suggesting a role for BPI during
      listeriosis. Independent on the application route BPI
      deficient (BPI-/-) mice were more susceptible against an
      infection with L.m.. This was signified by an enhanced
      bacterial burden in the infected tissue as well as hightened
      systemic inflammation. Nevertheless, BPI mice finally were
      able to control the infection. To clarify, which cells are
      responsible for the stronger susceptibility of BPI-/- mice ex
      vivo generated immune cells belonging to the first line of
      defense were analysed. Neither isolated macrophages nor DCs
      derived from BPI-/- mice were able to recapitulate the in
      vivo phenotype of the mice. However the stimulation of nGr of
      WT- and BPI-/- mice with UV-inactivated listeria displayed
      significant differences for TNF- and ROS-production. BPI-/-
      nGr were hyperresponsive towards the stimulation with L.m..
      The phagocytosis effectivity of living bacteria via nGr of
      both genotypes was comparable, but clear differences for
      their ability to kill the bacteria after 24 h were observed.
      The BPI-/- nGr harbored a threefold higher bacterial load
      compared to WT-nGr after 24 h. These in vitro data lead us to
      conclude, that nGr seem to be responsible for the increased
      susceptibility of the BPI-/- mice during a listeriosis. Since
      BPI-/- mice are able to combat the listeria-infection
      effectively one can assume that a protective adaptive immune
      response is independent on the expression of BPI.