Die ambulant erworbene Pneumonie ist eine akute Infektion des Lungengewebes und führt weltweit zu einer hohen Morbidität und Mortalität. Neben bakteriellen Erregern zählen Influenza-A-Viren (IAV) zu den häufigsten isolierten Erregern. Schwere Verläufe einer IAV-Infektion können zu einem akuten Lungenversagen führen. Als ursächlich hierfür wird ein diffuser Alveolarschaden mit Barrierestörung der alveolo-kapillaren Membran angesehen, infolge dessen der pulmonale Gasaustausch gestört ist. Ein wesentlicher Faktor des Alveolarschadens scheint eine erhöhte Apoptoserate von Typ-II Alveolarepithelzellen (AEC II) zu sein. Allerdings sind die zugrundeliegenden Mechanismen der Apoptoseinduktion während der IAV-Infektion bisher nur unvollständig verstanden. Insbesondere die Rolle der mitochondrialen Dysfunktion ist weitgehend unbekannt. Im Rahmen dieser Arbeit wird erstmals in einem humanen ex vivo Lungenmodell der zeitliche Infektionsverlauf von IAV in AEC II Zellen mittels Lebendgewebemikroskpie gezeigt. Zeitgleich konnten Alterationen an den Mitochondrien beobachtet werden. Überdies gelang nach Etablierung eines in vitro Infektionsmodells mit A549-Zellen für die Lebendzellmikroskopie die Messung mitochondrialer Funktionen während der IAV-Infektion. Dabei konnte demonstriert werden, dass mitochondriale Funktionen über einen langen Zeitraum während der IAV-Infektion erhalten bleiben. Trotz frühzeitiger Caspasen-3/7-Aktivierung finden mitochondriale Alterationen erst sehr spät im Infektionsprozess statt. Sobald diese eintraten, konnte eine Abrundung der Mitochondrien, ein Verlust des mitochondrialen Membranpotentials, die Rekrutierung von BCL-2-associated X protein sowie eine Freisetzung von cytochrom C detektiert werden, welche eine starke Caspase 3/7-Aktivierung induzierte und zur Apoptose der infizierten Zelle führte. Schlussfolgernd zeigen die Ergebnisse, dass IAV-infizierte AEC II über einen langen Zeitraum der Infektion stabile mitochondriale Parameter aufweisen und erst mit deren später Alteration Apoptose in infizierten Zellen auftritt, trotz bereits voraktivierter Effektor-Caspasen. Hiermit geben die vorliegenden Daten Hinweise auf die zentrale Bedeutung der Mitochondrien im IAV-Infektionsprozess bis hin zur Induktion des Zelltodes.
Community acquired pneumonia is an acute infection of lung tissue and causes high morbidity and mortality worldwide. Influenza A virus (IAV) is the most common isolated pathogen besides bacteria. Severe IAV infections can lead to acute lung injury. The cause of this is considered to be a diffuse alveolar damage with disruption of the alveolar-capillary barrier resulting in disturbance of pulmonary gas exchanges. An important factor of alveolar damage seems to be an increased apoptosis rate of type II alveolar epithelial cells (AEC II). However, the underlying mechanism of apoptosis induction during IAV infection and the contribution of mitochondrial alterations in particular are currently only partially understood. In this thesis it was possible for the first time to show the effects of an IAV infection in real time on mitochondria in AEC II using spectral confocal microscopy. Moreover, after establishment of an in vitro infection model with A549 cells for live cell imaging, mitochondrial activity could be measured. It could be demonstrated that mitochondrial activity was unaffected over the timespan of an IAV infection. Even though early caspase 3/7 activation was detected, mitochondrial alterations took place very late during the infection process. As soon as mitochondrial alterations occured, mitochondrial fragmentation, loss of mitochondrial membran potential, recruitment of BCL-2-associated X protein and the release of cytochrom C could be detected, which induced a strong caspase 3/7 activation und led to apoptosis of the infected cells. In summary, the results indicate that IAV infected AEC II preserve mitochondrial activity over a long timespan and despite preactivated effector caspases, only dying cells have alterations of mitochondria. The available data hereby supports the importance of mitochondria during the IAV infection process up to the induction of cell death.
