Die Rolle der "Suppressor of Cytokine Signaling" (SOCS)-Proteine bei muriner Infektion mit Toxoplasma gondii

Abstract

Die orale Infektion mit 100 Zysten T. gondii führt bei C57BL/6-Mäusen zu einer Immunpathologie, die durch Pan-Ileitis und Tod der Mäuse innerhalb von 7-14 Tagen gekennzeichnet ist. Die Immunpathogenese der Infektion wird durch Th1- (und/oder sog. Th17)-Zellen vermittelt und zeigt weitreichende Parallelen zur Pathogenese des M. Crohn beim Menschen. Balb/c- und CBA/ca-Mäuse hingegen sind resistent und erkranken nicht an einer Darmpathologie. Die kürzlich entdeckten "Suppressor of Cytokine Signaling" (SOCS)-Proteine gelten als immunmodulatorische Moleküle, die Zytokinwirkungen hemmen können. In der vorliegenden Arbeit sollte die Frage geklärt werden, inwieweit a) sich die Expression von SOCS-Proteinen und die Produktion proinflammatorischer Zytokine zwischen naiven und infizierten Tieren der oben genannten Mausstämme unterscheidet, b) wie sich die lokale von der systemischen Expression dieser Immunmarker unterscheidet, und c) ob es eine Korrelation der SOCS-Expression und der Produktion proinflammatorischer Zytokine mit der Morbidität, der Schwere der histologischen Veränderungen und der Parasitenzahl im Ileum sowie mit den Frequenzen bestimmter Leukozytenpopulationen gibt. Dazu wurden Tiere der oben genannten Mausstämme oral mit 100 Zysten T. gondii infiziert und im Verlauf der Infektion gewogen. An Tag 7 nach der Infektion wurden Milz, MLN und Ileum der Tiere entnommen und die histologischen Veränderungen im Ileum, die Anzahl der Parasiten sowie die Konzentrationen der wesentlich an der Pathologie beteiligten Zytokine IFN-γ, IL-6 und IL-23p19 bestimmt. Weiterhin wurden die Expressionen von SOCS-1 und SOCS-3 sowie die relativen Frequenzen bestimmter Leukozytenpopulationen bestimmt. Es konnte gezeigt werden, dass die orale Infektion mit 100 Zysten T. gondii zu einer Induktion des Th1-Zytokins IFN-γ und der "Th17"-Zytokine IL-6 und IL-23p19 führt, die genetisch reguliert ist. Die lokalen Konzentrationen der "Th17"-Zytokine, nicht aber die des Th1-Zytokins IFN-γ korrelierten hierbei mit Morbidität, histopathologischen Veränderungen und Parasitenlast im Ileum der Mäuse sowie mit einer erhöhten Frequenz von Makrophagen. Dies sollte auf eine wichtigere Rolle für die "Th17"- als für die Th1-Immunantwort bei der Entstehung der Pathologie hindeuten. Systemisch waren die Konzentrationen sowohl der Th1- als auch der "Th17"-Zytokine hingegen bei den resistenten Mausstämmen höher als bei den suszeptiblen Mäusen. Ebenso konnte in der vorliegenden Arbeit zum ersten Mal gezeigt werden, dass es in vivo unter der Infektion mit T. gondii zu einer Induktion von SOCS-1 und SOCS-3 kommt, die mit der Produktion der proinflammatorischen Th1- und "Th17"-Zytokine in lokalen und systemischen Kompartimenten korreliert und daher vermutlich als Reaktion auf erhöhte Zytokinkonzentrationen zu betrachten ist. Auffällig war insbesondere eine bei den suszeptiblen Mäusen signifikant erhöhte lokale Induktion von SOCS-3, für das eine spezielle regulatorische Rolle von IL-6 angenommen wird.

In C57BL/6 mice, oral infection with 100 cysts of T. gondii leads to severe ileitis and death of the mice within 7-14 days. The immunopathology of this infection is mediated through Th1 (and/or Th17) cells and shows fundamental similarities to the pathogenesis of human Crohn's Disease. Balb/c und CBA/ca mice, however, are resistant to the infection and do not develop an intestinal pathology. The recently discovered "`Suppressor of Cytokine Signaling"' (SOCS) proteins are immunomodulatory molecules which have the ability to inhibit cytokine effects. The purpose of this paper was to identify how a) the expression of SOCS proteins and the production of proinflammatory cytokines differs between infected and wildtype mice of the above mentioned haplotypes, b) how local expression of these immune markers differs from systemic expression, and c) if there is a correlation between SOCS expression and the production of proinflammatory cytokines on one hand, and the morbidity, the severity of the histopathological changes, the number of parasites in the ileum, as well as the frequency of certain leukocyte populations on the other hand. Therefore, mice of the above mentioned haplotypes were infected orally with 100 cysts of T. gondii and weighed during the course of infection. On day 7 post infection, spleen, mesenterial lymph nodes, and ileum were harvested and histophathological changes in the ileum, as well as concentrations of IFN-γ, IL-6, and IL-23p19 were determined. Furthermore, SOCS-1 and SOCS-3 expressions and relative frequencies of certain leukocyte populations were determined. It could be demonstrated that oral infection with 100 cysts of T. gondii leads to induction of the Th1 cytokine IFN-γ and the "Th17" cytokines IL-6 and IL-23p19, which is genetically regulated. Local concentrations of the "Th17" cytokines, but not of the Th1 cytokine IFN-γ, correlated with the morbidity, the histopathological changes, the parasite load in the ileum, as well as an increased frequency of macrophages. These findings point towards a more important role of the "Th17" cytokines compared to the Th1 immune response in the pathogenesis of the infection. Systemically, concentrations of both the Th1 and the "Th17" cytokines were, however, increased in resistant as compared to susceptible mice. Furthermore, it could be demonstrated for the first time that infection with T. gondii leads to an induction of SOCS-1 and SOCS-3 in vivo which correlated with the production of proinflammatoriy Th1 and "Th17" cytokines in local and systemic compartments. The increased SOCS expression can be interpreted as reactive to increased cytokine concentrations. Remarkably, SOCS-3, which has been attributed a specific regulatory role for IL-6, was significantly increased in susceptible mice.