Eine Infektion mit dem ubiquitär vorkommenden Parasiten Toxoplasma gondii kann bei immunsupprimierten Menschen eine lebensbedrohliche Enzephalitis hervorrufen. Um die der parasitären Dissemination zugrunde liegenden Mechanismen besser zu verstehen, wurden in dieser Arbeit sowohl endotheliale als auch leukozytäre Faktoren der Interaktion des Wirtes mit dem Parasiten untersucht. Microarray-Experimente zeigten unter anderem eine Hochregulierung von Chemokingenen (CCL2/MCP-1, CCL7/MCP-3, CXCL1/GRO-1, CXCL2/GRO-2, CX3CL1/Fraktalkine) und eine verstärkte Expression von Adhäsionsmolekülen (ICAM-1, JAM-2, E-Selektin, P-Selektin), welche im Rahmen einer Immunantwort die transendotheliale Migration von Leukozyten zum Ort der Inflammation fördern. Zudem wurde gezeigt, dass infizierte Endothelzellen eine höhere ICAM-1-Expression aufweisen als nicht infizierte Zellen. Zusätzlich führte eine Infektion mit T. gondii zur endothelialen Sekretion des Zytokins IL-6 und des Chemokins MCP-1. In beiden Fällen induzierte der Typ II-Stamm ME49 eine stärkere zelluläre Antwort als der Typ I-Stamm RH. Mit Hilfe eines in-vitro- Modells der Blut-Hirn-Schranke (BHS) wurde die Migrationskapazität von naiven und infizierten PBMCs untersucht. Experimente mit Ratten-PBMCs ließen darauf schließen, dass infizierte CD45+/CD11bc+-Zellen (antigenpräsentierende Zellen wie Monozyten und dendritische Zellen) im Vergleich zu CD45+/CD11bc--Zellen (B- und T-Lymphozyten) in bevorzugtem Maße durch das BHS-Modell migrieren. Durch den Einsatz von Maus-PBMCs konnte diese monozytäre/dendritische Zellpopulation näher untersucht werden. Es stellte sich heraus, dass T. gondii eine besondere Affinität zu der zahlenmäßig kleinen Population der CD11b+/CD11c+-DCs besitzt. Betrachtet man jedoch alle infizierten CD11b+-, CD11c+- und doppeltpositiven Zellen, so wurden diese nach den Migrationsexperimenten von infizierten CD11b+/CD11c--Monozyten dominiert. Nach der intravenösen Applikation von RH-Stamm-infizierten CD11b+- bzw CD11b-- Zellpopulationen konnte im Gehirn der Mäuse kein Unterschied bezüglich der Menge an vorhandener Toxoplasma-DNA festgestellt werden. Trotzdem führte die Injektion von intrazellulären Parasiten im Gegensatz zur Injektion von extrazellulären Parasiten zum reproduzierbaren Nachweis von parasitärer DNA im Gehirn der Versuchstiere. Zusammenfassend weisen die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit darauf hin, dass T. gondii die Genexpression infizierter Wirtsendothelzellen modifizieren kann, um daraus Vorteile für die eigene Dissemination zu ziehen. Zusätzlich dazu postulieren wir, dass CD11b+/CD11c-- Monozyten und CD11b+/CD11c+-DCs bei der Neuroinvasion durch den Parasiten T. gondii die Rolle eines „Trojanisches Pferdes“ übernehmen.
Toxoplasmic encephalitis is a life threatening disease in immunocompromised patients caused by the protozoan parasite Toxoplasma gondii. To further understand the mechanisms of neuroinvasion by T. gondii we investigated the interaction between the parasite and endothelial cells and the role of leukocytes as Trojan horses. Using whole genome microarrays we observed the upregulation of chemokines (CCL2/MCP-1, CCL7/MCP-3, CXCL1/GRO-1, CXCL2/GRO-2, CX3CL1/fractalkine) and adhesion and junctional molecules (E-selectin, P-selectin, ICAM 1, JAM-2) pointing towards a role for immune cells in neuroinvasion. A significantly higher expression of ICAM-1 was detected in T. gondii-infected cells compared to uninfected cells in the same well and infection with T. gondii resulted in a marked secretion of IL-6 and MCP-1 by brain endothelial cells; these observations were more pronounced in cells infected with the type II strain ME49 compared to cells infected with the type I strain RH. Using an in-vitro co-culture model of the blood-brain barrier (BBB) we examined the migratory capacities of infected and uninfected PBMCs. Experiments with rat PBMCs identified a stronger migratory capacity of infected CD45+/CD11bc+ cells (antigen presenting cells such as monocytes and dendritic cells) compared to CD45+/CD11bc- cells (B- and T-lymphocytes). With the use of murine cells we determined that the small population of CD11b+/CD11c+ DCs presents the most preferably infected cells amongst all CD11b+, CD11c+ and double positive cells. Nevertheless, CD11b+/CD11c- monocytes were the predominant infected cell population after migration. Whereas the injection of in-vitro infected CD11b+ or CD11b- cells resulted in the detection of parasite DNA in mouse brains, injection of extracellular parasites did not lead to the reproducible detection of Toxoplasma DNA. In conclusion, T. gondii seems to modulate the gene expression of brain endothelial cells of the host to promote its dissemination as an intracellular parasite. CD11b+/CD11c- and CD11b+/CD11c+ cells are most likely candidate cells for the intracellular passage of T. gondii across the BBB in a Trojan Horse-like manner.
