Molekulare Mechanismen der durch Campylobacter jejuni induzierten intestinalen und extra-intestinalen Immunpathologien bei gnotobiotischen IL-10-defizienten Mäusen

Abstract

Obwohl Campylobacter (C.) jejuni-Infektionen weltweit eine hohe Prävalenz zeigen, sind die zugrunde liegenden immunpathologischen Mechanismen noch nicht vollständig verstanden. Bisher gab es kaum geeignete in vivo-Modelle, um die C. jejuni-Infektion des Menschen zu imitieren und so die Mechanismen der Infektion näher zu analysieren. So entwickelte unsere Arbeitsgruppe mit gnotobiotischen (sekundär abiotischen) IL-10- defizienten (IL-10-/-) -Mäusen ein neues in vivo-Infektionsmodell, um die C. jejuni- Wirtsinteraktionen zu untersuchen. Unabhängig vom verwendeten Stamm kolonisierte C. jejuni nach peroraler Infektion den Darm gnotobiotischer IL-10-/- Mäuse stabil. Ähnlich wie bei immunkompromittierten Patienten entwickelten infizierte Mäuse innerhalb einer Woche eine nicht-selbstlimitierende ulzerative Enterokolitis. In der vorliegenden Arbeit werden Untersuchungen zu drei Proteinen bzw. Proteinklassen zusammengefasst, die maßgeblich an der Pathogenität von C. jejuni beteiligt sind. Wir untersuchten hierbei zum Einen die Bedeutung der Serinprotease HtrA (high temperature requirement A), welche bei der zellulären Invasion und Transmigration von C. jejuni eine wichtige Rolle in vitro spielt und konnten zeigen, dass Mäuse, welche oral mit einem htrA-Gen-defizienten C. jejuni-Stamm infiziert worden waren, weniger Immunpathologie im Darm aufwiesen als die entsprechenden Kontrollgruppen. Ähnliche Ergebnisse erzielten unsere Experimente mit einem cj0268c- „Knockout“-Stamm. Auch dem Cj0268c-Protein konnte mittels in vitro-Versuchen bereits eine maßgebliche Rolle für die Adhäsion und Invasion von C. jejuni in Wirtszellen zugeschrieben werden. Ein weiterer Fokus der Versuche lag auf der Rolle der Matrixmetalloproteinasen (MMPs) -2 und -9 (Gelatinasen A und B) während der C. jejuni-Infektion. Die Expression dieser Endopeptidasen ist bei Darmentzündungen unterschiedlicher Genese bei Mensch und Maus erhöht. So konnten wir in vorausgehenden Studien bereits nachweisen, dass die Inhibition der MMP-2 und -9 mit der synthetischen Substanz RO28-2653 in Modellen der akuten Dünn- und Dickdarmentzündung zu abgeschwächter Krankheitssymptomatik führte. Daher untersuchten wir die mögliche Beeinflussung der akuten C. jejuni-Enterokolitis durch RO28-2653 und konnten zeigen, dass die synthetische Hemmung von MMP-2 und -9 auch im Rahmen der C. jejuni-induzierten Enterokolitis im gnotobiotischen IL-10-/--Mausmodell zu einer weniger stark ausgeprägten Immunpathologie führte. Zusammenfassend konnten wir die Bedeutung von drei verschiedenen Proteinen bzw. Proteinklassen (HtrA, Cj0268c sowie MMP-2 und -9) als wichtige, die Pathogenität von C. jejuni vermittelnde Faktoren im Mausmodell nachweisen.

Campylobacter (C.) jejuni infections exhibit a high prevalence worldwide, but the underlying immunopathological mechanisms are not entirely understood. Until now in vivo models mimicking human C. jejuni infections and hence allowing for detailed analyses of pathogenic-host interactions are scarce. Previously, we have generated the gnotobiotic (secondary abiotic) IL-10-deficient (IL-10-/-) mouse model for investigating C. jejuni infection in vivo. Upon peroral infection, the intestinal tract of gnotobiotic IL-10-/- mice could be stably colonized by the pathogen in high loads irrespective of the applied strain. Subsequently, mice developed non-selflimiting ulcerative enterocolitis within one week postinfection. In the present work, in vivo studies of three distinct groups of proteins or protein classes that are primarily attributed to the C. jejuni pathogenicity have been summarized. Namely, we analysed the role of the serineprotease htrA (high temperature requirement A), which plays an important role in the cellular invasion and transmigration of C. jejuni in vitro and could demonstrate that following infection with a C. jejuni strain lacking the htrA gene, mice displayed less pronounced intestinal immunopathological sequelae as compared to parental (wildtype) strain infection. Similar results (i.e. less immunopathology) could be obtained upon infection with a C. jejuni strain lacking cj0268c, a gene encoding a protein playing a significant role in pathogenic invasion in vitro. Furthermore, we focussed on the role of the matrix metalloproteinases (MMPs) -2 and -9 (also referred to gelatinases A and B, respectively) during C. jejuni infection, given that MMP-2 and -9 are highly expressed in inflamed intestinal tissues of mice and men and selective gelatinase inhibition by the synthetic component RO28-2653 resulted in less distinct acute small and large intestinal inflammation of mice. Following gelatinase blockage, pro- inflammatory immune responses in colons of C. jejuni infected gnotobiotic IL-10-/- mice were less pronounced as compared to placebo controls. Taken together, the three distinct proteins or protein classes under investigation (namely HtrA, Cj0268c and MMP-2- and -9) are involved in C. jejuni induced immunopathology in vivo.