Dokument: Indoleamine 2,3-dioxygenase 1 versus Toxoplasma gondii - host species determines success

Titel:	Indoleamine 2,3-dioxygenase 1 versus Toxoplasma gondii - host species determines success
Weiterer Titel:	Indolamin-2,3-Dioxygenase 1 versus Toxoplasma gondii - Wirtsspezies bestimmt den Erfolg
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=59793
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20220623-111045-8
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Ufermann, Christoph-Martin [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 8,75 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 03.06.2022 / geändert 03.06.2022
Beitragende:	Prof. Dr. Däubener, Walter [Gutachter] Prof. Dr. Lutz Schmitt [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	A primary acute infection with the zoonotic parasite Toxoplasma gondii (T. gondii) is usually asymptomatic or is accompanied with mild flu-like symptoms in immunocompetent healthy individuals. Here, a type 1 T helper cell (Th1) immune response is triggered that controls the acute infection and drives T. gondii to establish a chronic infection; thus T. gondii persists lifelong in its host. A clinically significant manifestation of an acute or reactivated chronic infection is ocular toxoplasmosis. Characteristic for a Th1 response is the induction of interferon gamma (IFN γ) production via activated lymphocytes (e.g. T cells). IFN γ plays an essential role in inhibiting the growth of pathogenic microorganisms by induction of a plethora of cell autonomous effector molecules that are differentially regulated. This includes enzymes like the tryptophan degrading enzyme indoleamine 2,3-dioxygenase 1 (IDO1) that eventually leads to kynurenine production and the nitric oxide (NO) producing inducible NO synthase (iNOS). Both enzymes show extremely diverse roles including microbial defense and immune regulation. The aim of this thesis is to further extend the knowledge on antimicrobial and immunosuppressive capacity of IDO1 using both in vitro and in vivo approaches. Ocular toxoplasmosis was addressed by using a human retinal pigment epithelium (hRPE) cell line. Here, specific emphasis is on IDO1 and iNOS activity directed against T. gondii and Staphylococcus aureus. Furthermore, the immunosuppressive potential of hRPE specific IDO1 was analyzed. IDO1 activity inhibited pathogen growth and lymphocyte proliferation efficiently, whereas iNOS activity interfered with the antimicrobial effector function and immunosuppressive capacity of IDO1 in hRPE cells. An experimental murine infection model was used to analyze the role of murine IDO1 (mIDO1) during the acute phase of toxoplasmosis in vivo. Here, C57BL/6J mice deficient for mIDO1 (IDO / ) and control mice (WT) were infected with T. gondii tachyzoites. The course of the acute infection was not altered in IDO / mice. Parasite loads were comparable in the analyzed organs, even though mIDO1 was highly expressed in lung of WT mice and was absent in IDO / mice. Murine guanylate binding proteins – IFN γ induced effector proteins – and miNOS, were detected in both genotypes in a comparable pattern. Interestingly, NO production by miNOS activity increased in absence of mIDO1 and parasite proliferation was increased by miNOS inhibition ex vivo in the absence of mIDO1 in different cell types. Different T cell populations showed clear activation phenotypes in WT and IDO / mice. The lymphocyte proliferation response to ex vivo mitogen stimulation was drastically impaired at day seven post infection. This hyporesponsiveness of the lymphocytes was independent of mIDO1 but instead dependent on miNOS activity and interleukin-2 deprivation. Conclusively, IDO1 is capable to inhibit the growth of pathogenic microorganisms (e.g. T. gondii) and thereby contributes as an effector mechanism to cell autonomous immunity. Furthermore, the immunosuppressive capacity of IDO1 was demonstrated. Nevertheless, antimicrobial and immunosuppressive activity of IDO1 depend both on the context in which host and pathogen encounter one another (i.e. host species and pathogen species). Eine akute Primärinfektion mit dem zoonotischen Parasit Toxoplasma gondii (T. gondii) verläuft bei immunkompetenten gesunden Personen in der Regel asymptomatisch oder wird von leichten grippeähnlichen Symptomen begleitet. Hier wird eine Typ-1 T Helferzell-Immunreaktion (Th1) ausgelöst, die die akute Infektion kontrolliert. Folglich etabliert sich eine chronische Infektion, wodurch T. gondii lebenslang in seinem Wirt persistiert. Eine klinisch bedeutsame Manifestation einer akuten oder reaktivierten chronischen Infektion ist die okuläre Toxoplasmose. Charakteristisch für eine Th1-Antwort ist die Induktion der Produktion von Interferon gamma (IFN γ) durch aktivierte Lymphozyten (z. B. T-Zellen). IFN γ spielt eine wesentliche Rolle bei der Hemmung des Wachstums pathogener Mikroorganismen durch die Induktion einer Vielzahl von zellautonomen Effektormolekülen, die unterschiedlich reguliert werden. Dazu gehören Enzyme wie das Tryptophan abbauende Enzym Indolamin-2,3-Dioxygenase 1 (IDO1), das schließlich zur Produktion von Kynurenin führt, und die Stickstoffmonoxid (NO) produzierende induzierbare NO-Synthase (iNOS). Beide Enzyme haben äußerst vielfältige Funktionen, unter anderem in der mikrobiellen Abwehr und der Immunregulation. Ziel dieser Arbeit ist es, das Wissen über das antimikrobielle und immunsuppressive Potential von IDO1 mit Hilfe von in vitro- und in vivo-Ansätzen zu erweitern. Zur Untersuchung der okulären Toxoplasmose wurde eine Zelllinie des menschlichen retinalen Pigmentepithels (hRPE) verwendet. Hier liegt der Schwerpunkt auf der IDO1- und iNOS-Aktivität, gerichtet gegen T. gondii und Staphylococcus aureus. Außerdem wurde das immunsuppressive Potenzial der hRPE-spezifischen IDO1 analysiert. Die IDO1-Aktivität hemmte das Erregerwachstum und die Lymphozytenproliferation effizient, während die iNOS-Aktivität die antimikrobielle Effektorfunktion und die immunsuppressive Kapazität von IDO1 in hRPE-Zellen beeinträchtigte. Ein experimentelles Mausinfektionsmodell wurde verwendet, um die Rolle der murinen IDO1 (mIDO1) während der akuten Phase der Toxoplasmose in vivo zu analysieren. Dabei wurden C57BL/6J-Mäuse, denen mIDO1 fehlt (IDO / ), und Kontrollmäuse (WT) mit T. gondii Tachyzoiten infiziert. Der Verlauf der akuten Infektion war bei IDO / Mäusen unverändert. Die Parasitenbelastung in den untersuchten Organen war vergleichbar, obwohl mIDO1 in der Lunge von WT-Mäusen stark exprimiert wurde und in IDO / Mäusen fehlte. Murine Guanylat-bindende Proteine – weitere IFN γ-induzierte Effektormoleküle – und miNOS wurden in beiden Genotypen in einem vergleichbaren Maß nachgewiesen. Interessanterweise stieg die NO-Produktion durch miNOS-Aktivität in Abwesenheit von mIDO1 an, und die Parasitenproliferation wurde durch miNOS-Hemmung ex vivo in Abwesenheit von mIDO1 in verschiedenen Zellen gefördert. Verschiedene T-Zell-Populationen aus infizierten WT und IDO / Mäusen zeigten einen deutlichen Aktivierungsphänotyp. Die ex vivo Mitogen stimulierte Proliferation von Lymphocyten war am siebten Tag nach der Infektion drastisch beeinträchtigt. Diese reduzierte Proliferation der Lymphozyten war jedoch unabhängig von mIDO1 und wurde durch miNOS-Aktivität und den Entzug von Interleukin-2 beeinflusst. IDO1 ist folglich in der Lage, das Wachstum von pathogenen Mikroorganismen (z. B. T. gondii) zu hemmen und trägt somit als Effektormechanismus zur zellautonomen Immunität bei. Darüber hinaus besitzt IDO1 ein immunsuppressives Potential. Diese antimikrobielle und die immunsuppressive Wirkung von IDO1 hängen jedoch von dem Kontext ab, in dem Wirt und Erreger aufeinandertreffen (d. h. von der Art des Wirts und der Art des Erregers).
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:	23.06.2022
Dateien geändert am:	23.06.2022
Promotionsantrag am:	26.11.2021
Datum der Promotion:	06.04.2022