Typ I Interferon in der Infektabwehr durch Makrophagen

Makrophagen leisten einen unabdingbaren Beitrag zu den antibakteriellen Eigenschaften des angeborenen Immunsystems. Ihr Umgang mit Bakterien ist ausgesprochen kompliziert: einerseits sind Makrophagen dazu ausgestattet Infektionen zu bekämpfen und Bakterien abzutöten, anderseits haben aber manche Bakterien Strategien entwickelt, den bakteriziden Waffen der Makrophagen zu entgehen. Darüberhinaus haben Forschungsarbeiten der letzten Jahre ergeben, dass Bakterien ihrerseits auch den Tod des Makrophagen hervorufen können. In zumindest einigen Fällen geschieht dies durch Induktion der Apoptose. Das Bakterium Listeria monocytogenes kann von der phagocytischen Vakuole in das Cytoplasma übertreten. Makrophagen können das Bakterium auch dann abtöten, allerdings erfordert dies Kontakt mit dem aktivierenden Cytokin Interferon-gamma (IFN-g). Der relative zeitliche Ablauf von Infektion und IFN-g Einfluss ist hierbei allerdings von grosser Bedeutung. Unsere neueren Forschungsergebnisse zeigen nämlich, dass einige Zeit nach der Infektion im Makrophagen das SOCS3 Protein synthetisiert wird. Hierbei handelt es sich um einen intrazellulären Inhibitor der IFN Antwort. Bleibt die Makrophagenaktivierung aus, vermehrt L. monocytogenes sich im Cytoplasma und leitet nach einiger Zeit den Zelltod ein. Unsere unveröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass der listerieninduzierte Makrophagentod (LIMT) weitgehend ausbleibt, wenn durch experimentelle Manipulationen eine Antwort auf Typ I Interferone (IFN-alpha/beta) unterbunden wird. Diese Cytokine werden kurz nach der bakteriellen Infektion vom Makrophagen freigesetzt. Unklar is bisher, mittels welcher molekularen Mechanismen die Freisetzung der Typ I IFN bewerkstelligt wird. Ebenso unklar ist, wie IFN-a/b das Absterben des durch L. monocytogenes infizierten Makrophagen fördert. Das bakterielle Listeriolysin (LLO) Protein wird sowohl für die effiziente Synthese von Typ I IFN als auch für die Einleitung des LIMT benötigt. Dabei gilt es zu klären, ob dies die Rolle des LLO beim Austritt in das Cytoplasma reflektiert, oder ob LLO per se ein Induktor des Zelltods ist. In unserem Antrag schlagen wir Experimente vor, die zur Klärung folgender Fragen beitragen sollen: - Welcher molekularen Mechanismen bedient L. monocytogenes sich, um Typ I IFN Synthese durch infizierte Makrophagen hervorzurufen? - Wie tragen die Typ I IFN zu LIMT bei? - Welche Art des Zelltods führt zu LIMT (Apoptose oder Nekrose)? - Welche Rolle spielt das SOCS3 Protein im Zusammenspiel von L. monocytogenes mit dem Makrophagen. Kann eine vorzeitige SOCS3 Synthese, z.B. durch ektopische Expression oder durch Behandlung mit dem deaktivierenden Cytokin IL10 den Eintritt des LIMT unterbinden? Kurz zusammengefasst kombiniert unser experimenteller Ansatz biochemische Untersuchungen von Molekülen, welche in vergleichbaren Fällen mit IFN-Synthese oder Zelltod korreliert sind, mit Untersuchungen in Makrophagen von gendisruptierten Mäusen. Weiterhin schlagen wir biochemische, molekulargenetische und ultrastrukturelle Untersuchungen zur Frage nach der Art des Zelltods im Falle des LIMT vor. Schliesslich wollen wir durch regulierbare ektopische Expression im Makrophagen einerseits der Frage nachgehen welchen Einfluss das SOCS3 Protein auf die Typ I IFN Antwort des Makrophagen hat, anderseits aber auch feststellen, ob bzw. wie die Funktion des bakteriellen LLO Proteins durch Typ I IFN verändert wird.

Das Immunsystem der Säugerorganismen stellt eine Reihe von Abwehrmechanismen gegen mikrobielle Erreger bereit. Das gilt auch für den Fall, dass ein solcher Erreger sich in Zellen des befallenen Organismus versteckt. Ein gutes Bespiel hierfür sind die Interferone (IFN). Im Sie werden im Falle einer viralen Infektion gebildet und versetzten die von Viren befallenen Zellen in einen antiviralen Zustand, sodass eine große Mehrheit viraler Erreger wirksam an einer schnellen Vermehrung gehindert werden kann. Im Falle bakterieller Pathogene unterscheidet man solche, die sich vorwiegend im extrazellulären Milieu aufhalten von denen, die Zellen des Wirtsorganismus infizieren. Ein bekanntes Beispiel eines vorwiegend intrazellulären Bakteriums ist Listeria monocytogenes. Eine Infektion mit diesem Erreger erfolgt meist über verdorbene Nahrungsmittel, vorwiegend Milch- und Fleischprodukte. Im Wirtsorganismus kann L. monocytogenes eine Reihe unterschiedlicher Zellen befallen, darunter die Makrophagen, Fresszellen des Immunsystems. Die Infektion des Makrophagen kann nun je nach Rahmenbedingungen einen gänzlich unterschiedlichen Verlauf nehmen. Liegt der Makrophage in einem immunologisch aktivierten Zustand vor, so wird er die intrazellulären Listeria abtöten. Handelt es sich jedoch um einen ruhenden Makrophagen, so führt die Infektion innerhalb von ca. 24h zum Tod dieser Wirtszelle und zur Freisetzung der intrazellulären Listeria. Im abgeschlossenen Projekt gingen wir der Frage nach, welche Faktoren das Schicksal der Makrophagen- Wirtszelle entscheidend mitbestimmen und stießen auf eine bedeutende Rolle für Interferone. So trägt zum Beispiel das Interferon-gamma (IFN-) wesentlich dazu bei, Makrophagen immunologisch zu aktivieren. Ganz im Gegensatz hierzu fördert das Interferon-beta (IFN-ß) das Absterben infizierter Makrophagen. Wir konnten zeigen, dass Makrophagen selbst das IFN-ß in der frühen Phase der Infektion mit Listeria bilden. Damit im Makrophagen die zur Interferonbildung wichtigen Signale entstehen, müssen die Listerien in das Cytoplasma gelangen. Anders als die große Mehrheit intrazellulärer Signale entstehen diese also nicht durch einen Kontakt zwischen Erreger und der Oberfläche der Wirtszelle. Die zur Schwächung des Makrophagen führende Reaktion ist Teil eines durch L. monocytogenes ausgelösten genetischen Programms, welches durch das im Verlauf der Infektion gebildete IFN-ß wesentlich beeinflusst wird. Die im abgelaufenen Projekt erzielten Ergebnisse weisen also darauf hin, daß anders als in viralen Infektionen das durch intrazelluläre Bakterien gebildete IFN-ß nicht zum Vorteil des Wirtsorganismus agiert. In weiter Konsequenz befürworten diese Ergebnisse eine anti-IFN-ß Therapie im Falle einer Infektion mit intrazellulären Bakterien.