Primäre Immundefekte in von Toll-like-, Interleukin-1- und Tumor-Nekrose- Faktor-α-Rezeptor kontrollierten Signalwegen bei invasiven Staphylokokken- und Pneumokokkeninfektionen im Kindesalter

Abstract

Einleitung: Weltweit stellen invasive Pneumokokkeninfektionen eine der Haupttodesursachen im Kindesalter dar. Bisher werden diese Infektionen meistens als idiopathisch betrachtet, obwohl nach aktuellen Daten bei 10 % der Kinder ein primärer Immundefekt diagnostiziert werden kann. In den letzten Jahren konnten einige Immundefekte im Bereich der Signaltransduktion der Toll- Iike- (TL), Interleukin (IL)-1- und Tumor-Nekrose-Faktor (TNF)-α-Rezeptoren beschrieben werden, die selektiv zu invasiven Staphylokokken- und Pneumokokkeninfektionen prädisponieren. Die Hypothese, dass invasive Staphylokokken- und Pneumokokkeninfektionen keine idiopathischen Infektionen darstellen sollte durch die Identifikation neuer angeborener Immundefekte mit besonderer Anfälligkeit für invasive Pneumokokken- und Staphylokokkeninfektionen und die Verbesserung der Diagnostik von bereits bekannten Immundefekten geprüft werden. Methoden: Die Untersuchungen auf Immundefekte im Bereich der Signaltransduktion der TL, IL-1- und TNF-α-Rezeptoren erfolgten durch die Messung der Zytokine IL-6 und IL-10 mittels Enzyme-linked Immunosorbent Assay (ELISA) aus dem Überstand des zuvor mit IL-1β, Lipopolysaccharid (LPS), Diacyliertes Lipopeptid (Pam2CSK4) und TNF-α stimulierten Vollbluts von Kindern mit invasiven Pneumokokken- und Staphylokokkeninfektionen. In Akutsituationen wurde die Diagnostik durch die Messung des Sheddings von CD62 Ligand (CD62L) auf Granulozyten ergänzt. Bei Auffälligkeiten wurden in Fibroblasten der Patienten die IL-1- und TNF-α -Rezeptor-abhängigen Signalwege durch die Messung des Interleukin-1-Rezeptor- assoziierte Kinase (IRAK)1- und Inhibitor von Nuklear Faktor κB (IκB)α-Abbaus mittels Western Blot und durch die Messung der Translokation von Nuklear Faktor kappa B (NFκB) in den Zellkern mittels Elektro Mobility Shift Assay (EMSA) gezielter untersucht. Ergebnisse: Im Rahmen dieser Arbeit wurden 290 Patienten mit invasiven Pneumokokken- und Staphylokokkeninfektionen auf oben beschriebene Immundefekte untersucht. Bei einem Patienten konnte die molekulargenetische Diagnose eines NFκB essentiellen Modulator (NEMO)-Defekt gestellt werden. Bei zwei Patienten konnte ein IRAK4-Defekt und bei einem Patienten ein Myeloischer Differenzierungsfaktor 88 (MyD88)-Defekt diagnostiziert werden. Außerdem wurde erstmals gezeigt, dass das CD62L- Shedding auch während einer Sepsis einen zuverlässigen Test für die Diagnose eines IRAK4-Defekts darstellt. Schlussfolgerung: Bei den in dieser Kohorte diagnostizierten Immundefekten handelte es sich teilweise um bereits bekannte Defekte. Es ist nicht gelungen neue Immundefekte zu identifizieren. Dies könnte einerseits an der Redundanz der untersuchten Signalwege liegen und anderseits daran, dass die hier angewandten Untersuchungsmethoden, beispielsweise für Mutationen mit hypomorpher Proteinexpression, nicht sensitiv genug gewesen sind. Eine wichtige Ergänzung der Untersuchungen stellen neue Sequenzierungsmethoden dar. Das CD62L-Shedding stellt aufgrund der schnelleren Durchführbarkeit eine wichtige Ergänzung zu der Zytokinmessung aus Vollblutüberstand dar. Die allgemeine Verlässlichkeit zur Diagnose eines IRAK4- oder MyD88-Defekts durch das CD62L-Shedding auf Granulozyten während einer Sepsis müsste jedoch in einer größeren Kohorte geprüft werden.

Introduction: Worldwide, invasive pneumococcal infections are one of the leading causes for mortality throughout years of childhood. Until now, these infections were mostly considered as idiopathic. Current research shows that primary immunodeficiency can be identified among 10 % of these children. During the last years, some new immunodeficiencies associated with impaired signaling via the Toll-like, IL-1 and TNF-α-receptor pathways were reported. This study aims to show that invasive pneumococcal and staphylococcal infections are not always idopathic, but underlying immunodeficiencies can lead to these infections. This hypothesis should be investigated by identifying novel primary immunodeficiencies with a selective predisposition to these infections. Furthermore, methods and algorithms for the diagnostic of already known immunodeficiencies within these pathways shall be improved. Methods: Wholeblood from children with invasive pneumococcal and staphylococcal infections was stimulated with IL-1β, LPS, Pam2CSK4 and TNF-α. 48 hours later, the production of the cytokines IL-6 and IL-10 was measured by ELISA. When a fast diagnostic procedere was vital, the diagnostic approach was complemented by measuring CD62L shedding on granulocytes. When the cytokine production in wholeblood and/or the CD62L shedding on granulocytes were reduced, the signaling pathways of the IL-1- and TNF-α-receptor were further investigated by measuring the degradation of IRAK1 and IκBα by Western Blotting analysis and the NFκB translocation into the nucleus by EMSA analysis in patients fibroblasts. Results: Within this thesis, 290 patients with invasive pneumococcal and staphylococcal infections were examined for the above described immunodeficiencies. In one patient with diminished response upon stimulation with TNF-α, a NEMO-deficiency could be identified. In five patients a diminished response to the stimulation of TL- and IL-1-receptors could be revealed. Two of these five patients showed a mutation in IRAK4 and one in MyD88. Furthermore, it could be shown that the CD62L shedding is also reliable during sepsis for the diagnosis of an IRAK4-deficiency. Conclusion: The diagnosed immunodeficiencies have partly been described previously. We did not succeed in identifying a new immunodeficiency. This could either be due to the redundancy of the investigated signaling pathways or to a lack of sensitivity of the methods for detecting hypomorphic immunodeficiencies with residual proteinexpression. The use of whole exome sequencing could be an important complementation of the investigations. The CD62L shedding assay can be regarded as an important tool in addition to the conventional ELISA due to fast feasibility, but needs to be tested in a larger cohort.