Krüppel-like Faktor 4 als Regulator der Inflammation in der Pneumokokkenpneumonie

Abstract

Streptococcus pneumoniae ist der Haupterreger der ambulant erworbenen Pneumonie, welche jährlich weltweit geschätzte 1,2 Millionen Todesopfer fordert und ein erhebliches medizinisches und sozioökonomisches Problem darstellt. Steigende Resistenzraten der Pneumokokken gegen wirksame Antibiotika und ein bislang unzureichender Impfschutz machen die Entschlüsselung der Interaktionsmechanismen zwischen Pneumokokken und Zellen des angeborenen Immunsystems zur Erschließung neuer Therapiemöglichkeiten unabdingbar. Die Aktivierung myeloider Zellen im alveolären Kompartiment ist von entscheidender Wichtigkeit für die Eliminierung eindringender Pathogene in die Lunge. Die Ausgangshypothese der vorliegenden Dissertation lautet, dass der Stammzellfaktor Krüppel- like Faktor 4 (KLF4) für die Aktivierung von Makrophagen durch Streptococcus pneumoniae eine wichtige Rolle spielt. Dabei konnte gezeigt werden, dass Pneumokokken dosisabhängig KLF4 in murinen, aus Knochenmarkszellen differenzierten Makrophagen (BMMs) induzieren. Diese Induktion erfolgt nur durch lebende Pneumokokken, die direkten Kontakt mit den BMMs haben und Autolysin LytA-abhängig DNA freisetzen. LytA-defiziente Pneumokokken können KLF4 in BMMs nicht induzieren. Werden den LytA-defizienten Pneumokokken freie prokaryotische oder fremde (humane) bzw. eigene (murine) eukaryotische DNA-Moleküle zugesetzt, wird die KLF4 Induktion wiederhergestellt. Experimente mit TLR9, MyD88 und TRIF knockout BMMs zeigten, dass TLR9, MyD88 und TRIF teilweise an dieser Induktion beteiligt sind. Zur Untersuchung der Funktion von KLF4 wurden BMMs aus in vivo mit 4-Hydroxytamoxifen (4-OHT) behandelten ERT-Cre+/- /KLF4loxP/loxP (KLF4 knockdown) Mäusen eingesetzt. Mit Pneumokokken stimulierte KLF4 knockdown BMMs bildeten weniger Keratinozyten Chemokin (engl. „keratinocyte chemoattractant“, KC) und mehr Interleukin (IL) 10 als die entsprechenden Wildtypen. Zusammenfassend konnte im Rahmen der Dissertation gezeigt werden, dass Pneumokokken KLF4 in BMMs über TLR9, MyD88, TRIF sowie einen bisher unbekannten DNA-Rezeptor induzieren, was zur Ausbildung eines proinflammatorischen Makrophagenphaenotyps führt.

Streptococcus pneumoniae, or pneumococcus, is the agent most prone to cause community- acquired pneumonia (CAP), resulting in 1.2 million deaths every year worldwide and therefore representing a major medical and socio-economical challenge. The increasing resistance of the pneumococci against effective antibiotics and the insufficient protection provided by vaccination underline the necessity to comprehend the interaction between the pneumococci and the innate immune cells in order to develop new therapeutic strategies. The activation of myeloid cells in the alveolar compartment is of utmost importance for eliminating invading pathogens in the lungs. The hypothesis of this thesis is that the transcription factor Krueppel-like factor 4 (KLF4) plays an essential role in the activation of macrophages by pneumococci. The results of the current analysis have shown that the pneumococci induce a dose-dependent KLF4 expression in murine bone marrow-derived macrophages (BMMs). However, only viable pneumococci, which have direct contact to the host cells and release autolysin LytA-dependent DNA, induce KLF4. Mutants lacking autolysin LytA were not able to induce KLF4. Yet, the exogenous supplementation of prokaryotic and foreign (human) or own (mouse) eukaryotic DNA restored pneumococci- related induction of KLF4 by these mutant bacteria. Experiments using TLR9, MyD88 and TRIF knockout BMMs revealed that TLR9, MyD88 and TRIF were partly involved in the induction of KLF4. In order to investigate the function of KLF4, BMMs of in vivo with 4- hydroxytamoxifen (4-OHT) induced ERT-Cre+/-/KLF4loxP/loxP (KLF4 knockdown) mice were used. The loss of KLF4 expression reduced the pneumococci-dependent release of keratinocyte chemoattractant (KC) and enhanced the secretion of interleukin (IL) 10. To conclude, pneumococci-related KLF4 induction in BMMs is partly mediated via TLR9, MyD88, TRIF and a hitherto unknown host cell DNA sensor leading to a proinflammatory macrophage phenotype.