Die Bedeutung von IL-12 und IL-23 in der Immunantwort gegen Toxoplasma gondii

Abstract

Nach Infektion mit T. gondii kommt es zu einer protektive Immunantwort vom Th1-Typ, die durch die IL-12-vermittelte IFN--Produktion charakterisiert ist. Nach einer Hochdosis-Infektion entwickelt sich in empfänglichen Mäusen eine überschießende Th1-Immunantwort, die abhängig von IL-12 ist und der Immunpathologie des Morbus Crohn des Menschen gleicht. IL-12 besteht aus zwei Untereinheiten, p35 und p40, von denen p40 auch in dem kürzlich entdeckten IL-23 vorkommt. In der vorliegenden Arbeit wurde anhand von Mausmodellen protektiver und überschießender Infektionen mit T. gondii der Einfluß der unterschiedlichen IL-12-Untereinheiten und des IL-23 untersucht. Dazu wurden Mäuse mit einer genetischen Deletion verschiedener IL-12-Untereinheiten oral mit einer niedrigen Dosis T. gondii infiziert. Die Überlebensrate, Parasitenlast und das Zytokinmuster unterschied sich nicht signifikant zwischen den Mäusen mit genetischer Deletion der p35, p40 oder beider IL-12-Ketten. Im Vergleich zum Wildtyp, der zu 100% überlebte, starben alle IL-12-/- Mäuse zwischen Tag 10 und 15. Sie zeigten eine erhöhte Parasitenlast bei geringerer IFN--Sekretion sowie eine erhöhte TNF-- und Th2-Zytokinausschüttung. Im Gegensatz dazu kontrollierten Mäuse mit einer Defizienz des IL-18- oder IL-23-Gens die Infektion mit 10 Zysten entsprechend der Wildtypkontrolle. Die beiden IL-12-Untereinheiten p35 und p40 scheinen somit gleichsam essentiell für den Aufbau einer protektiven Immunantwort gegen T. gondii zu sein, während IL-18 und IL-23 für die Kontrolle des Parasitenwachstums und damit für den Aufbau einer protektiven Immunantwort entbehrlich sind. Weiterhin wurde die Rolle von IL-23 im Modell der überschießenden Immunantwort auf eine Infektion mit T. gondii, die sich als Dünndarmpathologie manifestiert, untersucht. Im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen, die zu 100% verstarben, überlebten 75% der IL-23-/- Mäuse und wiesen keine Nekrosen im Dünndarm auf. Interessanterweise konnte die IL-17-Sekretion als erniedrigt nachgewiesen werden, während die IL-22-Expression im Darm von Wildtyp- nicht aber von IL-23-defizienten Mäusen erhöht war. Weiterführende Arbeiten werden zeigen müssen, ob sich nach einer 100 Zysten-Infektion eine IL-23-abhängige, aber IL-17-unabhängige Immunpathologie entwickelt und welche Rolle in diesem Zusammenhang die sogenannten Th17-Zellen und IL-22 spielen. Im letzten Teil der Arbeit wurde anhand von Knochenmarkschimären festgestellt, dass das für die Immunpathologie wichtige IL-18 von Knochenmarkszellen, nicht aber von Epithelzellen produziert wird. Somit sind vermutlich Makrophagen und/oder dendritische Zellen die Hauptquelle des IL-18. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit konnten somit wichtige Beiträge zur Kenntnis über protektive und schädigende Immunantworten gegen T. gondii erbringen.

Following infection with Toxoplasma gondii a protective Th1-immune response is induced, characterized by IL-12 associated IFN--production. Following high- dose infection, suszeptible mice develop a Th1-induced immunopathology, which is depending on IL-12 and similar to Crohns disease in humans. IL-12 contains two subunits, p35 and p40. p40 is also part of the recently discovered IL-23. This study examines the influence of the different subunits of IL-12 and IL-23 on immunity using murine modells of protectiv and detrimental immune responses. Therefore mice with different genetic deletions of IL-12-subunits were infected with a low dose of T. gondii. Survival, parasite load and cytokine release did not differ comparing mice with a deletion in p35, p40 or both subunits. Comparing to wildtype animals, which survived up to 100%, IL-12-deficient mice all died after 10-15 days of infection. They displayed an increase in parasite load accompanied by decreased IFN--secretion and an increase in TNF-- and Th2-cytokine-release. In contrast to IL-12-deficient mice, mice deficient in IL-18 controlled infection with 10 cysts. P35 and p40 both seem to be equally essentiell for protective immune responses to T. gondii, whereas IL-18 is dispensable for control of parasite replication and protective immune responses. Furthermore, the role of IL-23 in a modell of Th1-induced immunopathology follwing high-dose infection with T. gondii, which results in immunopathology in the terminal ileum, was examined. Compared to wildtype mice, which died up to 100%, 75% of IL-23-/- mice survived without any signs of necrosis in the ileum. Interestingly, no IL-17-expression could be shown in the gut, whereas in the terminal ileum of wildtype mice IL-22-expression but not IL-23-expression was increased. Future studies have to reveal, if immunopathology following high-dose infection with T. gondii is IL-23-dependent but indepent of IL-17, and examine the role of so called Th17 cells and IL-22. In the concluding part of this study a model of bone marrow chimeras was used to show that the ammount of IL-18, which is essentiell for development of immunopathology is secreted by bone marrow descending cells, but not by epithelial cells. Therefore it is postulated that macrophages and/or dendritic cells resemble the main source of IL-18. These results provide important contributions to knowledge and understanding of protective and detrimental immune responses to T. gondii.