One quarter of the world‘s population has latent tuberculosis (TB) caused by asymptomatic infection with Mycobacterium tuberculosis. Despite this high burden of disease and research for decades, our knowledge about the pathophysiology remains insufficient. The innate immune system plays a crucial role in the initiation of the immune response, which can be used for diagnostic tools and modifying drugs. This thesis investigates the impact of nucleotide receptors, specifically Toll-like receptor (TLR)8, on the susceptibility to the development of active TB. Recognition of endosomal RNA by TLR8 in antigen-presenting cells leads via interleukin (IL)-12, tumour necrosis factor α, interferon (IFN)γ and type I IFN to the initiation of a T-helper cell (Th)1-response, and via IL-21 to an induction of T follicular helper (Tfh) cells, supporting the humoral immune response. Single-nucleotide polymorphism (SNP) analyses of an Indian cohort showed that individuals carrying TLR8-1A have a higher susceptibility to develop both primary TB (OR = 1.72 [1.10-2.70], p = .010) and a relapse (OR = 2.01 [1.04-3.89], p = .032). There was evidence for an interaction with the Bacillus Calmette-Guérin (BCG)-vaccination, as only among BCG-vaccinated individuals there was a difference in the allele distribution between TB patients and their healthy household contacts (OR = 2.36 [1.25-4.44], p = .007). Functional studies revealed that TLR8-1G was a hypermorphic mutation, leading to higher levels of nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B-cells (NFκB) after TLR8-stimulation. Lower cytokine levels after endosomal RNA-recognition therefore seemed to be detrimental for the immune defence against TB, especially in BCG-vaccinated individuals. Further statistical analyses showed evidence for a susceptibility to TB conveyed by TLR4-399T (OR = 1.57 [1.04–2.36], p = .027) through inhibition of the potential heterodimerisation of TLR4 and -8, leading to a reduced induction of type I IFNs and a Th1-response. Furthermore, the odds to suffer from a relapse were higher for the G-allele of the cyclic GMP-AMP-synthase (cGAS)-SNP rs311686 (OR = 0.35 [0.20-0.61], p < .001), also affecting the type I IFN pathway. In conclusion, mycobacterial nucleotide recognition seems to play an important role in the initiation of an effective defence against TB by promotion of a Th1-response, supported by type I IFNs, as well as the induction of Tfh-cells, thus linking the immune response both to the cell-mediated and humoral immune system and thereby the immunological memory. The results summarised in this thesis can hence lead to potentially new approaches for vaccinations and future drugs.
Ein Viertel der Weltbevölkerung ist latent mit Mycobacterium tuberculosis infiziert. Trotz dieser hohen Krankheitslast und jahrzehntelanger Forschung ist unser Wissen über die Pathogenese einer aktiven Tuberkulose (TB) noch immer unzureichend. Das angeborene Immunsystem übernimmt eine wichtige Rolle in der Initiierung und Bahnung der Immunantwort, wodurch sich Ansatzpunkte für Diagnostik sowie modifizierende Therapeutika ergeben können. In dieser Arbeit wird der Einfluss von Nukleotidrezeptoren, insbesondere des Toll-like Rezeptors (TLR)8, auf die Suszeptibilität zur Entwicklung einer aktiven TB untersucht. Die Erkennung von endosomaler RNA durch TLR8 in Antigen-präsentierenden Zellen führt über Interleukin (IL)-12, Tumornekrosefaktor α, Interferon (IFN)γ und Typ-I IFN zur Initiierung einer T-Helferzellen (Th)1-Antwort, sowie über IL-21 zur Induktion follikulärer Th (Tfh)-Zellen, welche die humorale Immunantwort unterstützen. Analysen von Single-Nucleotid Polymorphismen (SNPs) in einer indischen TB-Kohorte zeigten, dass Träger des A-Alles von TLR8-A1G eine höhere Suszeptibilität aufwiesen, an TB zu erkranken (OR = 1,72 [1,10-2,70], p = ,010), sowie ein Rezidiv zu erleiden (OR = 2,01 [1,04-3,89], p = ,032). Es fand sich eine Interaktion der Bacillus Calmette-Guérin (BCG)-Impfung mit dem SNP, sodass sich im Vergleich der TB-Patienten mit ihren gesunden Haushaltsangehörigen nur unter BCG-Geimpften eine signifikant unterschiedliche Verteilung von TLR8-A1G aufwiesen ließ (OR = 2,36 [1,25-4,44], p = ,007). Funktionelle Studien ergaben, dass TLR8-1G eine hypermorphe Mutation darstellte, welche zu erhöhten nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B-cells (NFκB)-Spiegeln nach TLR8-Stimulation führt. Eine verminderte Zytokinantwort nach endosomaler RNA-Erkennung durch TLR8 scheint damit nachteilig für die Immunantwort zu sein, insbesondere bei BCG-Geimpften. Weitere statistische Auswertungen der TB-Kohorte erbrachten Evidenz für eine Suszeptibilität für TB vermittelt durch TLR4-399T (OR = 1.57 [1.04–2.36], p = ,027) durch die Hemmung einer potentiellen Heterodimerisation von TLR4 und -8 an der Position TLR4-C399T, mit der Folge einer verminderten Induktion von Typ-I IFN und Th1-Anwort. Des Weiteren erhöhte das G-Allel des SNP rs311686 des zytosolischen DNA-Rezeptors cyclische GMP-AMP-Synthase (cGAS) die Chance, ein Rezidiv zu erleiden (OR = 0,35 [0,20-0,61], p < ,001), welcher funktionell ebenfalls den Typ-I IFN-Signalweg affektiert. Somit lässt sich schlussfolgern, dass die mykobakterielle Nukleotiderkennung eine wichtige Rolle in der Initiierung einer effektiven Immunantwort durch die Stimulation einer Th1-Antwort spielt. Diese wird unterstützt von Typ-I IFN und der Stimulation von Tfh-Zellen, welche daher über die Zell-vermittelte und humorale Immunantwort auch eine Verbindung zum Immungedächtnis darstellen. Durch die hier zusammengefassten Ergebnisse lassen sich potentielle, neue Ansätze für zukünftige Vakzine und Therapeutika ableiten.
