Funktionelle Charakterisierung von Th2/1-Hybridzellen im murinen Infektionsmodell Heligmosomoides polygyrus

Abstract

Schätzungen der Weltgesundheitsorganisation zufolge sind zurzeit etwa 1,5 Milliarden Menschen weltweit mit Helminthen infiziert, wobei die Prävalenz vor allem in tropischen und subtropischen Regionen hoch ist. Helminthen sind in der Lage die Immunantwort des Wirts zu modulieren und damit die Wirksamkeit von Impfstoffen zu beeinträchtigen. In dieser Arbeit wurde die Differenzierung und Funktion von Th2/1-Hybridzellen im murinen gastrointestinalen Infektionsmodell Heligmosomoides polygyrus untersucht. H. polygyrus wird unter anderem als Modellorganismus für die humanpathogenen Hakenwürmern Necator americanus sowie Ancylostoma duodenale zur Erforschung der Immunantwort und der Entwicklung von Vakzinen gegen diese Wurmarten genutzt. In Helmintheninfektionen nachgewiesene Th2/1-Hybridzellen sind durch die Koexpression der Schlüsseltanskriptionsfaktoren und Zytokine von Th2- (GATA-3, IL-4, IL-5, IL-13) und Th1-Zellen (T-bet, IFN-g) gekennzeichnet. Die zentrale Fragestellung dieser Arbeit war, ob die Ausbildung von Th2/1-Hybridzellen ein regulatives Element der protektiven Th2-Immunantwort gegen Helminthen darstellt. Ein Hauptaugenmerk lag dabei auf der Rolle von Th2/1-Hybridzellen als IFN-g-Produzenten, da bereits früher in verschiedenen Infektionsmodellen mit Helminthen gezeigt werden konnte, dass eine erhöhte IFN-g Expression mit einer verminderten Kontrolle von Wurminfektionen einhergehen. In dieser Arbeit konnten folgende Charakteristika der Th2/1-Hybridzellantwort in Parasiteninfektionen gezeigt werden: Th2/1-Hybridzellen werden verstärkt in der Milz vorgefunden und stellen die dominante parasiten-spezifische IFN-g-Quelle in einer H. polygyrus Infektion dar. Es konnte gezeigt werden, dass Th2/1-Hybridzellen in vivo aus naiven CD4+ T-Zellen differenzieren können und die Differenzierung unabhängig von der Mikrobiota ist. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass IFN-g wichtig für die Differenzierung von Th2/1-Hybridzellen ist. Die Applikation von IFN-g früh während der Infektion führt zu einer verstärkten Th2/1-Hybridzellantwort sowie Parasitenfitness. Zudem werden Th2/1-Hybridzellen verstärkt in dem hochempfängliche Mausstamm C57BL/6 als im eher resistente Mausstamm BALB/c induziert. Weiterhin konnten Hinweise gefunden werden, dass die starken Th2/1-Hybridzellantworten die Polarisierung von alternativ aktivierten Makrophagen limitieren und damit die Fitness von H. polygyrus positiv beeinflussen können. Darüber hinaus konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass BALB/c deutlich mehr parasiten-spezifische CD4+ T-Zellen im Vergleich zu C57BL/6 in einer H. polygyrus Infektion induzieren und dass beide Mausstämme verstärkter auf Antigene vom Larvenstadium 4 reagieren. Zusätzlich führen von Helminthen gewonnene Antigene ebenfalls zur Induktion von Th2/1-Hybridzellen, was bei der Entwicklung von Impfstoffen beachtet werden sollte.

Infections with helminths affect approximately 1.5 billion people worldwide and are most prevalent in tropical and sub-tropical regions of the developing world. Helminths can modulate the immune response of the host and can thereby inhibit the efficiency of any applied vaccine. The differentiation and function of Th2/1 hybrid cells in murine nematode infection was analyzed in this work. The intestinal nematode Heligmosomoides polygyrus is closely related to the human hookworms Necator americanus and Ancylostoma duodenale. Therefore, it is widely used as a model to study the immune response to helminth infections and for vaccine development. Th2/1 hybrid cells occurring in helminth infections co-express the lineage-defining transcription factors and key cytokines of Th2 (GATA-3, IL-4, IL-5, IL-13) and Th1 (T-bet, IFN-g) cells. The aim of this work was to analyze the potential of Th2/1 hybrid cells as a regulatory element of the protective Th2 immune response to helminth infections. In several studies of helminth infections, it could be shown that an increase in IFN-g expression leads to suppressed control of infection. Therefore, the main focus of this work was to assess the ability of Th2/1 hybrid cells to express IFN-g. The studies performed here showed that the spleen in mice infected with the intestinal nematode H. polygyrus comprise the highest numbers of Th2/1 hybrid cells at all stages of infection and that Th2/1 hybrid cells were the major source of parasite-specific IFN-g. Furthermore, it could be shown that Th2/1 hybrid cells can differentiate from naive CD4+ T cells in vivo and that this differentiation is independent of the microbiota. Additionally, IFN-g is important for Th2/1 hybrid cell induction, as IFN-g supplementation during early nematode infection led to elevated Th2/1 differentiation, more parasite-specific cells expressing IFN-g, and increased parasite egg production. Susceptible C57BL/6 mice induce a more pronounced Th2/1 hybrid cell response compared to the more resistant BALB/c line. This work also provides evidence that Th2/1 hybrid cells inhibit the activation of alternatively activated macrophages, which are important for resistance against helminth infections. It was also shown for the first time that BALB/c mice induce significantly more parasite-specific CD4+ T helper cells compared to C57BL/6 mice. Independent of the mouse strain used, T cells reacted strongest to antigens obtained from H. polygyrus fourth-stage larvae. Interestingly, parasite antigens applied subcutaneously also led to the induction of Th2/1 hybrid cells, which should be considered during vaccine development.