Die M. catarrhalis–induzierte Verminderung viraler Rezeptoren und deren Bedeutung für die antivirale Immunantwort in pulmonalem Epithel

Abstract

Im Mittelpunkt unserer Untersuchungen standen die Wechselwirkungen zwischen M. catarrhalis und dem respiratorischem Epithel, insbesondere über die von uns erstmalig bewiesene Wechselwirkung mit TLR3. Ein besonderer Fokus lag bei der Klärung des zugrundeliegenden Mechanismus, der es M. catarrhalis ermöglicht, die TLR3-Expression zu senken. In einem ersten Schritt untersuchten wir Inhibitoren wichtiger Rezeptoren und Schlüsselenzyme, um deren Beteiligung bei der M. catarrhalis – induzierten TLR3-Expressionssenkung zu untersuchen. Die Auswertung dieser Versuche lieferte die Erkenntnis, dass alle untersuchten Signaltransduktionswege sowie der EGFR-Rezeptor nicht an der Moraxellen - induzierten Verminderung der TLR3-Expression beteiligt sind. Im nächsten Schritt konzentrierten wir uns in Anlehnung an die Ergebnisse der Studie von Taura et al. darauf, den Einfluss von M. catarrhalis auf p53 und demzufolge auch auf TLR3 zu untersuchen (Taura et al. 2008). Und tatsächlich konnten wir nachweisen, dass lebende Moraxellen in der Lage sind, die p53-mRNA-Expression und die Proteinlevel von p53 hoch signifikant zu vermindern. Ein Gen-Silencing von p53 hatte eine deutlich verringerte TLR3-Expression zur Folge. In Einklang mit den Ergebnissen der Gruppe um Taura konnten wir zeigen, dass es durch die Infektion mit M. catarrhalis zu einer verminderten Bindung von p53 am TLR3-Promoter kommt, was in einer Verminderung der TLR3-Expression resultiert. Ein weiterer Schwerpunkt lag auf Experimenten zur funktionellen Bedeutung der M. catarrhalis – induzierten Verminderung der TLR3-Expression. Dazu nutzten wir den TLR3-spezifischen Liganden Poly(I:C) und seine Auswirkungen auf die pathogen-assoziierte Entzündungsreaktion durch Nachweis der IL-8- und IFNß- Sekretion. Wir konnten zeigen, dass eine Infektion von Beas-2B-Zellen mit M. catarrhalis die Poly(I:C) induzierte und TLR3 getriggerte proinflammatorische Immunantwort signifikant reduziert. Aufgrund der Moraxella catarrhalis induzierten Expressionssenkung von TLR3 führt zugesetztes Poly(I:C) zu signifikant niedrigeren IL-8 und IFNß Level im Vergleich zu nicht mit M. catarrhalis infizierten Zellen. Die Expressionssenkung von TLR3 hat demnach funktionelle Bedeutung für eine anschließende ds-RNA induzierte Immunantwort. Welche Bedeutung diese Verminderung der TLR3-Expression für Folgeinfektionen mit, für die Pathogenese der COPD bedeutsamen, Viren hat, muss weiter untersucht werden. Ein besonderer Fokus muss dabei auf Veränderungen der Virusreplikation in den Epithelzellen und dem Auftreten latenter Virusinfektionen liegen. Hierzu sollen weitere Versuche mit Rhinoviren und Beas-2B-Zellen erfolgen. Ein tieferes Verständnis von viralen und bakteriellen Wechselwirkungen bietet möglicherweise neue therapeutische Ansätze für die Behandlung der COPD.

Main focus of our research has been the interdependence between M. catarrhalis and the respiratory tract. Especially the interaction with TLR3 has been proven for the first time. In this context, particular emphasis was put on clarifying the underlying mechanism that enables M. catarrhalis to decrease the expression of TLR3. In a first step we examined inhibitors of important receptors and key enzymes in order to investigate their contribution to the TLR3 downregulation induced by M. catarrhalis. An evaluation of the tests led to the finding that both, the examined signal transduction pathways and the Epidermal Growth Factor Receptor (EGFR) are not contributing to the Moraxella- induced TLR3 downregulation. Following the results of the study of Taura et al., we focused on investigating the influence of M. catarrhalis on p53 and potentially also on TLR3 as a next step (Taura et al. 2008). Indeed we could show that live Moraxella are able to significantly reduce the p53 mRNA expression as well as the protein level of p53. A gene silencing of p53 resulted in a considerably decreased TLR3 expression. In line with the research results of the group around Taura, we could prove that the infection with M. catarrhalis leads to a lowered binding of p53 to the TLR3 promoter, which results in a reduced TLR3 expression. Another focus was on experiments regarding the functional significance of the M. catarrhalis induced TLR3 downregulation. For this purpose we used the TLR3-specific ligand Poly(I:C) and its effects on the pathogen-associated inflammatory response by measuring the secretion of IL-8 and IFNß. In these experiments we could demonstrate that an infection of Beas-2B-cells with M. catarrhalis significantly reduces the Poly(I:C) induced and TLR3-triggered proinflammatory immune response. Due to the M. catarrhalis caused downregulation of TLR3, added Poly(I:C) leads to significantly lower IL8 and IFNß levels compared to unstimulated cells. Thus the down regulation of TLR3 has a functional relevance for a following dsRNA induced immune response. In general, the significance of the downregulation in regard of subsequent infections with viruses, which are relevant for the pathogenesis of COPD, has to be further investigated. Particular emphasis has to be placed on changes of the virus replication in epithelial cells as well as on the occurrence of latent viral infections. For this purpose, additional tests with rhinoviruses and Beas-2B-cells have to be carried out. A deeper insight into viral and bacterial interactions potentially leads to new therapeutic approaches to the treatment of COPD.