genomewide characterization of host-pathogen interactions by ...

Maren Depke
Zusammenfassung der Dissertation
Lymphozyten präsentiert, wodurch die Makrophagen auch an der Regulation der adaptiven
Immunantwort teilhaben. Die Präparation von Knochenmarkstammzellen und ihre in vitro
Differenzierung zu sogenannten “bone-marrow derived macrophages“ (BMM) stellt ein Modell
zur Untersuchung der Reaktionen von Makrophagen dar, das immunologische Einflüsse, die vom
Immunzustand des Tieres sogar unter standardisierten Laborbedingungen ausgehen können,
umgeht. Bis vor kurzem wurden weitere unkontrollierbare Einflüsse durch die Verwendung von
Serum, das undefinierte und variierende Substanzen enthält, mit dem Kulturmedium in die
experimentelle Anordnung eingebracht. Um diese Ursache experimenteller Schwankungen zu
vermeiden, wurde durch Eske et al. ein System der serumfreien Kultivierung von BMM eingeführt
(Eske et al. 2009; J Immunol Methods. 342(1-2):13), das nun für die Untersuchung der Reaktion
von BMM als drittem Teil dieser Dissertation angewendet wurde. Dabei wurden BMM verschiedener
Mausstämme mit IFN-γ, einem Modulator der Makrophagenfunktion und einem der ersten
Signale während der Initiation der Immunantwort, behandelt. Publizierte Experimente zeigten,
daß BMM aus den Mausstämmen BALB/c oder C57BL/6 unterschiedlich auf die Konfrontation mit
Burkholderia pseudomallei reagierten, insbesondere, wenn vorher eine Stimulation mit IFN-γ
stattfand (Breitbach et al. 2006; Infect Immun. 74(11):6300). Auch weitere Studien wiesen Unterschiede
zwischen den beiden Mausstämmen in vivo und in vitro nach. Vor dem Hintergrund der
genetisch bedingten Unterschiede in der Reaktion der BMM wurden nun BALB/c- und C57BL/6-
BMM mit IFN-γ stimuliert, um auf molekularer Ebene genomweit die Reaktion auf IFN-γ als
Initialsignal zu bestimmen. Außerdem sollten in dieser Studie mögliche Unterschiede der
Reaktion von BMM beider Stämme auf IFN-γ charakterisiert werden.
Das Genexpressionsprofil zeigte nach der Behandlung mit IFN-γ in BMM beider Stämme hauptsächlich
induzierte Genexpression. Darin wurden bekannte IFN-γ-Effekte wie die Induktion von
Immunproteasom, Antigenpräsentation, Genen der Interferonsignalwege und von GTPasen/GTPbindenden
Proteinen, sowie der induzierbaren Stickstoffmonoxidsynthase bestätigt. IFN-γabhängige
Genexpressionsänderungen waren zwischen BALB/c- und C57BL/6-BMM in hohem
Maße ähnlich. Sogar nur in BMM des einen Stamms signifikant verändert exprimierte Gene
zeigten einen vergleichbaren Trend in BMM des anderen Stamms. Genexpressionsunterschiede
zwischen BMM beider Mausstämme wurden sowohl in unbehandelten Kontroll-BMM als auch
nach IFN-γ-Behandlung bestimmt. Dabei wiesen ca. 55 % bis 60 % der unterschiedlich stark
exprimierten Gene eine höhere Expression in BALB/c-BMM auf, während die verbleibenden Gene
stärker in C57BL/6-BMM exprimiert wurden. Vergleichbar zu der Beobachtung bei den IFN-γ-
Effekten war auch bei den Unterschieden zwischen BMM der beiden Stämme ein ähnlicher Trend
in beiden experimentellen Behandlungen, Kontrolle und IFN-γ-Stimulation, sichtbar. Die stammabhängig
unterschiedlich exprimierten Gene schlossen immunrelevante und zelltodassoziierte
Gene ein, aber die Abdeckung der funktionellen Gruppen war begrenzt. Phenotypische Unterschiede
in der Reaktion von BALB/c- und C57BL/6-BMM wurden nach Literaturangaben zumeist
in der Anwesenheit von IFN-γ und eines weiteren Stimulus wie LPS oder Infektion beobachtet.
Um die molekularen Ursachen für die beobachteten Unterschiede in der Abtötung von
Pathogenen oder der Produktion von Cytokinen zu bestimmen, müssen weitere Proben, die
außer IFN-γ einem weiteren Stimulus ausgesetzt waren, eingeschlossen werden.
Nicht nur Immunzellen bzw. Phagozyten kommen mit Pathogenen in Kontakt, sondern auch z. B.
Epithel- oder Endothelzellen, die für den Erhalt von Struktur und Funktion von Wirtsorganen und
-gewebe verantwortlich sind. Diese Zellen sind tatsächlich unter den ersten, die das Eindringen
von Pathogenen erkennen und darauf reagieren. Auch wenn S. aureus den vorderen Nasen-
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