Aspergillus fumigatus ist ein ubiquitär vorkommender Schimmelpilz, dessen Sporen vom Menschen täglich zu hunderten mit der Atemluft aufgenommen werden. Aufgrund ihrer geringen Größe gelangen die Konidien leicht bis in die Alveolen der Lunge, wo sie normalerweise sofort vom angeborenen Immunsystem beseitigt werden. Immunsupprimierte Menschen leiden an einer qualitativen oder quantitativen Einschränkung dieses Teiles der Immunabwehr, weshalb die Inokulation der Sporen bei ihnen zur Auslösung der lebensgefährlichen Invasiven Aspergillose führen kann, deren Mortalität in der Hochrisikogruppe der Patienten nach hämatopoetischer Stammzelltransplantation über 90% beträgt. Bei diesen Patienten gewinnt die adaptive Immunabwehr an Bedeutung. Dendritische Zellen gehören dem angeborenen Immunsystem an und besitzen einzigartige Fähigkeiten zur Aktivierung und Steuerung der erworbenen Immunabwehr. Durch die Aktivierung naiver T-Zelen und die Sekretion bestimmter immunmodulatorischer Zytokine bestimmen sie die Art der konsekutiv asugelösten T-Helferzellantwort. Lediglich eine T-Helfer 1-Zellantwort wird hierbei mit einer erhöhten Resistenz gegenüber der invasiven Aspergillose in Verbindung gebracht. Die Zytokinsekretion der Dendritischen Zellen wird durch intrazelluläre Signalkaskaden reguliert, welche sich an ihre PRRs anschließen. Für die Erkennung des bakteriellen LPS durch den TLR wurde die Regulation der immunmodulatorischen Zytokine durch die Serin-Threonin-Kinase GSK3 festgestellt. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob es bei der Erkennung von Aspergillus fumigatus durch humane dendritische Zellen ebenfalls einen Zusammenhang mit GSK3 und der Sekretion immunmodulatorischer Zytokine gibt. Dafür wurden aus humanen Monozyten generierte dendritische Zellen mit rekombinanten Antigenen von Aspergillus fumigatus sowie verschiedenen Morphologien stiumuliert und teilweise mit dem GSK3-Inhibitor LiCl gehemmt. Anschließend wurde die Expression bestimmter immunmodulatorischer Zytokine und der GSK3 mittels quantitativer real-time RT-PCR bestimmt. Hierbei konnte für eines der getesteten Antigene, Aspf 1, ein deutlicher Einfluss auf die GSK3-Expression der Zellen festgestellt werden. Ein paralleler Anstieg der Expression proinflammatorischer Zytokine erhärtete die Annahme einer immunregulierenden Rolle der GSK3 bei der Erkennung von Aspergillus fumigatus. Einen deutlicheren Hinweis auf den Zusammenhang zwischen der Aktivität der GSK3 und der Expression proinflammatorischer Zytokine erbrachte die Inhibierung mittels LiCl. Die mit Aspergillus fumigatus stimulierten Zellen reagierten hierauf im Vergleich zu den nicht-inhibierten Zellen mit einer Reduktion der IL12p35-Expression um 86,1% sowie mit einer Reduktion der IL23-Expression um 49,5%. Der letzte Teil der Experimente sollte ausgehend von der Vorstellung, dass verschiedene Aspergillus-Morphologien von unterschiedlichen Rezeptoren erkannt werden quantitative Unterschiede der GSK3-Beteiligung bei der Erkennung von Aspergillus fumigatus durch dendritische Zellen zeigen. Obwohl alle Morphologien des Schimmelpilzes einen Einfluss auf die GSK3-Expression der Zellen zeigten, konnten hierbei keine einheitlichen quantitativen Unterschiede festgestellt werden. Zusammengefasst konnte in der vorliegenden Arbeit die Beteiligung von GSK3 bei der Erkennung von Aspergillus fumigatus durch humane dendritische Zellen gezeigt werden. Außerdem konnten Hinweise auf eine immunregulierende Rolle der GSK3 bei der Abwehr des fakultativ pathogenen Schimmelpilzes erbracht werden, wobei die genaue Einbindung der Serin-Threonin-Kinase in dieser Situation noch unklar ist und weitere Experimente erforderlich macht. / Aspergillus fumigatus is a ubiquitously occurring mould. Human beings inoculate the spores each day by breathing air. Because of their small size, the conidia easily reach the alveoles, where under normal conditions, they are immediately deleted by innate immunity. Immunocompromised humans suffer from a reduction in this part of the immune system, regarding both the quality of its deletion ability and the quantity of immune cells. Therefore, the inoculation of the spores in immunocompromised cases leads to a severe disease called invasive aspergillosis. The mortality in the high-risk group of patients undergoing stem-cell transplantation is more than 90%. Thus, the adaptive immunity of these patients gains importance. Dendritic cells are a part of innate immunity, and they have unique skills to activate and control the adaptive part of the immune system. By activating naive T-cells and secreting certain immunomodulatory cytokines, they affect the consecutive T-cell response. At this time, only a T-helper 1 response is associated with an increased resistance to invasive aspergillosis. Intracellular signaling systems attached to the pathogen recognition receptors (PRRs) of the dendritic cells regulate the secretion of cytokines. The serine-threonine kinase GSK3 (glycogen synthase kinase 3) controls the expression of the immunomodulatory cytokines from the Toll-like receptor (TLR) and the bacterial Lipopolysaccharide (LPS). This research investigated whether a correlation exists between the recognition of aspergillus fumigatus by human dendritic cells and the GSK3-controlled secretion of immunomodulatory cytokines, and thereby, the control of adaptive immunity. Dendritic cells were generated from human monocytes, subsequently stimulated with recombinant antigenes or various morphologies of aspergillus fumigates, and partially inhibited with the GSK3-inhibitor lithium chloride (LiCl). The expression of certain GSK3-controlled immunomodulatory cytokines was determined using quantitative, real-time RT-PCR (reverse transcription polymerase chain reaction). For one of the tested antigenes, Aspf 1, we revealed a considerable influence on the cells GSK3-expression. A parallel increase of the proinflammatory cytokine expression confirmed the presumption of a immunoregulatory role of GSK3 in recognizing certain Aspergillus fumigatus antigenes. A further indication of the correlation between the activity of GSK3 and the expression of proinflammatory cytokines was provided by inhibiting the cells using LiCl. Hereby, the inhibited cells reacted according to the non-inhibited cells with a 86,1% diminution of the IL-12p35 expression and a 49,5% diminution of the IL-23 expression. In the last part of this work, we investigated whether there is a difference in the GSK3 involvement during the recognition of different aspergillus morphotypes by dendritic cells, as these are recognized by different PRRs. Although all morphotypes showed an influence on the GSK3-expression, no consistent differences in quantity were discovered. Summarizing our work, we revealed the involvement of GSK3 during the recognition of aspergillus fumigatus by human dendritic cells. Besides, we found some evidence of the immunoregulatory role of GSK3 in this context, however the exact integration of the serine-threonine kinase remains unclear and needs further research.

Natürliche Killer T-Zellen stellen ein verbindendes Element zwischen angeborener und adaptiver Immunität dar und sind durch die Expression von T- und NK-Zell-Markern, sowie eines invarianten T-Zell-Rezeptors charakterisiert. Damit erkennen sie Lipide, welche vorwiegend durch dendritische Zellen mittels des MHC-I-ähnlichen Moleküls CD1d präsentiert werden. Die protektive Rolle von iNKT-Zellen bei Autoimmun- und malignen Erkrankungen ist nachgewiesen, ebenso ihre wichtige Aufgabe bei der Abwehr bakterieller, viraler und parasitärer Pathogene. Inwiefern iNKT-Zellen mit Pilzen und im speziellen Aspergillus fumigatus (A. f.) interagieren ist jedoch unzureichend beschrieben. iNKT-Zellen gesunder Spender wurden ex vivo selektiv kultiviert und mit A. f. Konidien und Keimschläuchen kokultiviert. Microarray-Analyse, bzw. Multiplex-ELISA fanden Anwendung, um eine durch A. f. induzierte differentielle Genexpression bzw. Zytokinsekretion bei iNKT-Zellen zu detektieren. Zusätzlich wurde mittels Durchflusszytometrie gemessen, ob A. f. die Produktion des TH1-Zytokins IFN-γ beeinflusst. Schließlich wurde der fungizide Effekt von iNKT-Zellen auf A. f. via XTT-Assay quantifiziert. iNKT-Zellen zeigten einen ausgeprägten fungiziden Effekt auf A. f. Keimschläuche, welcher mit einem hohen Anteil IFN-γ+ iNKT-Zellen vergesellschaftet war. Hingegen zeigte sich kein Stimulus-spezifisches Zytokinsekretionsmuster. Besonders Keimschläuche induzierten eine differentielle Genexpression bei iNKT-Zellen. Diese war gekennzeichnet durch eine Hochregulierung von Genen des anaeroben Glukosemetabolismus. Als Zeichen einer möglicherweise lokalen Hypoxie waren VEGFA hoch-, bzw. CCL15 in ihrer Transkription herunterreguliert. Vor dem Hintergrund einer unbefriedigend hohen Mortalität der durch A. f. verursachten invasiven Aspergillose können diese ersten Ergebnisse der Interaktion des Schimmelpilzes mit iNKT-Zellen Grundlage für weitere Untersuchungen sein, um deren Wechselwirkung besser zu verstehen und möglicherweise zur Verbesserung der Therapie der Aspergillose beizutragen. / Objectives Invariant human Natural Killer T Cells (iNKT-Cells) are innate immune effector cells. They are characterized by their expression of both, T- and NK cell markers and therefore they are a connecting link between innate and adaptive immunity. These cells are further defined by their T-Cell receptor, consisting of a specific, invariant α-chain and a β-chain derived from a limited repertoire. They strongly react upon stimulation with lipid antigens presented in the context of the MHC-like molecule CD1d on dendritic cells (DCs) and thus they can be expanded in vitro by stimulation with their prototypic agonist α-galactosylceramide (α-GalCer). A protective role of iNKT cells in autoimmune diseases and cancer immunity, as well as their action against different pathogens is well documented. However, little is known about their direct interaction with fungi, especially with Aspergillus fumigatus. A. fumigatus, an omnipresent mold, is the most prevalent cause of a highly devastating opportunistic infection, affecting mainly immunocompromised patients. Methods In order to expand human iNKT cells (iNKT⁺CD3⁺), PBMCs were treated with α-GalCer and rhIL-2 for 15-20 days. After expansion, purity of the iNKT+CD3+ fraction was >90%. To further purify this fraction, a positive selection with CD3 microbeads was performed. After that the purity increased above 95%. iNKT cells were cocultured with different morphologies of A. fumigatus, resting conidia and germlings. Gene induction was evaluated by microarray analysis (Affymetrix U219) and the protein release by using multiplex ELISA assays (BioRad Bio-Plex). Additionally, the induction of IFN-γ, a major Th1 cytokine, was analyzed by flow cytometry. Finally, XTT assays were used to examine the toxic effects of iNKT cells on A. fumigatus. Results Stimulating iNKT cells with different A. fumigatus morphologies, we observed a time- and morphotype-dependent induction of INF-γ, with germlings to be shown more immunogenic than conidia. Furthermore, challenging iNKT cells with A. fumigatus germlings at an MOI=1 for 6h, we found that iNKT cells caused a significant fungal damage. We could also observe defined patterns of gene induction, especially regarding cytokine and chemokine gene expression profiles. By multiplex ELISA assays gene expression patterns could be confirmed. Conclusion We found that there is a specific interaction of iNKT cells with A. fumigatus, leading to defined cytokine induction and a fungicidal effect. INF-γ, a cytokine, which has a known protective role against IA, is produced by iNKT cells when confronted with A. fumigatus.

published_or_final_version / Microbiology / Master / Master of Medical Sciences

Tübingen, Univ., Diss., 2007.

Tübingen, Univ., Diss., 2006.

In den vergangenen Jahrzehnten kam es durch den Einsatz massiv immunsupprimierender Therapien zu einer steigenden Inzidenz invasiver Mykosen. Die durch eine Infektion mit A. fumigatus ausgelöste invasive Aspergillose stellt eine lebensbedrohliche Erkrankung für Patienten mit hämatologischen Malignomen oder nach hämatopoetischer Stammzelltransplantation dar. Für die Behandlung solcher Erkrankungen ist eine frühzeitige Diagnosestellung unabdingbar. Da invasive diagnostische Maßnahmen bei den betroffenen Patienten jedoch häufig kontraindiziert sind, werden neue Biomarker und nicht invasive Diagnoseverfahren intensiv beforscht. Ein kürzlich beschriebener Ansatz zur Primär- und Verlaufsdiagnostik bei Patienten mit invasiven pulmonalen Aspergillosen und Mukormykosen ist die Verwendung des auf aktivierten T-Zellen exprimierten Aktivierungsmarkers CD154 zur durchflusszytometrischen Quantifizierung A. fumigatus-spezifischer T-Helfer-Zellen. Die Detektion dieser Zellen mit dem in der Literatur beschriebenen Protokoll erfordert die Isolation von PBMCs und duldet vor der Verarbeitung der Proben in einem spezialisierten Labor nur kurze präanalytische Lagerungszeiten. Dies stellt einen limitierenden Faktor für die klinische Verwendbarkeit des beschriebenen Assays dar. Die vorliegende Dissertationsschrift beschäftige sich damit, den beschriebenen Assay zur Detektion A. fumigatus-spezifischer T-Zellen, hinsichtlich seiner Präanalytik und klinischen Anwendbarkeit eingehender zu evaluieren und zu optimieren. Zunächst konnte gezeigt werden, dass mittels Verdünnung und Agitation der zur PBMC Isolation verwendeten Blutproben eine Verlängerung des präanalytischen Zeitfensters zwischen Blutentnahme und Aufbereitung auf bis zu 4 h möglich ist, ohne dass dabei die Sensitivität des CD154-basierten T-Zell-Assays beeinträchtigt wird. Weiterhin konnte die Verwendung eines Vollblut-basierten Protokolls, das auf die zeitaufwendige Isolation von PBMCs verzichtet, etabliert werden. Hinsichtlich seiner Detektionsleistung zeigte sich das Vollblutprotokoll dem PBMC Protokoll grundsätzlich überlegen. Für verschiedene Stimulationsperioden konnte ein gegenüber dem PBMC Standardprotokoll reproduzierbarer Konversionsfaktor ermittelt werden, welcher einen Vergleich von Ergebnissen bei alternierender Durchführung von PBMC- und Vollblut-Assay bei den selben Patienten möglich macht. Das Protokoll erlaubt die Kombination von Stimulations- und Transportzeit unter Verwendung eines auf 37 °C temperierten Transportgefäßes. Eine alleinige Stimulation bei Raumtemperatur zeigte sich hingegen nicht erfolgreich. Die Anwendung des Assays am Point-of-Care wird durch die Verwendung vorbereiteter, marktüblicher Blutentnahmeröhrchen möglich, welche bis zum Zeitpunkt der Verwendung eingefroren gelagert werden können. Eine Analyse der Material- und Arbeitskosten ergab eine Reduktion der Gesamtkosten für die Verwendung des Vollblut-basierten Protokolls von bis zu 22 % pro Probe. Prinzipiell kann davon ausgegangen werden, dass der entwickelte Assay mit jedem Peptid-Antigen durchführbar ist, das in konstanter Qualität bezogen oder generiert werden kann und einen immunogenen Effekt aufweist, ohne dabei mit anderen verwendeten Reagenzien zu interagieren. Weiterhin wurde in der vorliegenden Arbeit geprüft, wie sich T-Zell-inhibitorische Substanzen auf die Testergebnisse auswirken. Hierbei fand sich eine nicht unwesentliche Anzahl falsch-negativer Testergebnisse. Die Ergebnisse der vorliegenden Dissertationsschrift zeigen, dass eine suffiziente und sensitive Bestimmung A. fumigatus-spezifischer T-Zellen im Rahmen eines Vollblut-basierten Protokolls möglich ist. Eine Ausweitung des Assays für andere Infektionserreger, sowie die Entwicklung Brefeldin A-freier Protokolle wären wünschenswert. Ein mögliches Einsatzgebiet stellen klinisch infektiologische Studien oder umwelt- und arbeitsmedizinische Fragestellungen dar. / Over the past decades, the use of immunosuppressive therapies has led to an increasing incidence of invasive mycoses. Specifically, invasive aspergillosis, most commonly caused by Aspergillus fumigatus, is a life-threatening disease in hematopoietic stem cell transplant recipients and patients with hematologic malignancies. An early confirmation of the diagnosis is pivotal in order to improve therapeutic outcomes. As invasive diagnostic procedures are often contraindicated in high-risk patients, non-invasive diagnostic modalities and novel biomarkers for invasive mold infections are intensively studied. A recently published method to diagnose and monitor invasive pulmonary aspergillosis utilizes flow cytometric quantification of mold-reactive T-helper cells by CD154 upregulation, an activation marker expressed on activated T cells. The published standard methodology to quantify these cells is based on isolated peripheral blood mononuclear cells (PBMCs). Among several limitations hampering the applicability of this method in the clinical routine, our group has previously shown that PBMC-based mold-reactive T-cell quantification is highly susceptible to pre-analytic delays. Therefore, my thesis focused on the optimization of pre-analytic sample handling prior to PBMC isolation in order to improve the detection efficacy of A. fumigatus-specific T-helper cells. Using agitation and dilution of blood samples prior to PBMCs isolation, the pre-analytic storage period could be extended to 4 hours without observing an adverse impact on assay sensitivity. To overcome the many logistical limitations of PBMC-based assays, my thesis further focused on the evaluation and optimization of a whole blood-based method to quantify A. fumigatus-specific T-helper cells. Therefore, blood collection tubes containing costimulatory antibodies and an A. fumigatus mycelial lysates were prepared and inoculated with heparinized whole blood from healthy adults. Frequencies of CD154+ A. fumigatus-specific T-helper cells were then compared with PBMC-based detection rates. Using optimized stimulation schemes for both matrices, significantly higher specific T-cell detection rates were achieved by the whole blood-based method. Excellent correlation and reproducible conversion factors between whole blood- and PBMC-based results were observed. Using frozen ready-to-use test tubes, detection rates of specific T cells were comparable to those observed with freshly prepared tubes. Taken together, these results suggest that our whole blood protocol provides a robust, highly sensitive, and cost-effective method for mold-reactive T-cell quantification. Our protocol allows for point-of-care sample stimulation and may contribute to better assay standardization for multi-center studies of mold reactive T-cell assays. Lastly, my thesis focused on the impact of T-cell-inhibitory immunosuppressive pharmacotherapy on A. fumigatus specific T-cell quantification. My results revealed significantly reduced mean detection rates of specific T-cells and considerable inter-individual variation in assay reliability upon exposure of PBMC samples to cyclosporine A, mycophenolic acid, and prednisolone. These findings suggest that false-negative results need to be considered when performing this test in immunosuppressed patient cohorts and inspired further studies of our group to attenuate the detrimental impact of immunosuppressive agents on assay performance by enhanced costimulation.

Der humanpathogene Schimmelpilz A. fumigatus ist ein opportunistischer Krankheitserreger, der ein hohes Risiko eines letalen Krankheitsverlaufs durch das Auslösen einer invasiven Aspergillose (IA) birgt. Bei der IA handelt es sich um eine Infektion des Lungengewebes, welche hauptsächlich immunsupprimierte Menschen befällt. A. fumigatus stellt die Ursache für diese infektiöse Komplikation dar, welche von einem intakten Immunsystem in der Regel problemlos abgewehrt wird. Eine wichtige Abwehrbarriere gegen den Pilz setzt sich aus Zellen des angeborenen Immunsystems zusammen. In der vorliegenden Arbeit waren in diesem Zusammenhang natürliche Killerzellen (NK-Zellen) und dendritische Zellen (DCs) von besonderer Relevanz. NK- Zellen schütten lösliche Faktoren aus, welche als antifungale Mediatoren agieren. DCs besitzen hingegen die Fähigkeit, Pilzmorphologien zu phagozytieren. Im Anschluss an die Interaktion mit dem Pilz sekretieren beide Zelltypen Zytokine, welche wiederum weitere Immunzellen stimulieren. Besonders den DCs wird eine wichtige Funktion in der Immunabwehr gegen A. fumigatus zugeschrieben, da ihre Fähigkeit, das angeborene mit dem adaptiven Immunsystem zu verknüpfen, von großer Bedeutung ist. Ziel dieser Arbeit war es, die Interaktionen von primären Monozyten abgeleiteten DCs (moDCs) und NK-Zellen mit dem Pilz A. fumigatus in vitro zu charakterisieren. Hierfür wurden mit der Methode des Live-imaging verschiedene Experimente durchgeführt, um den reziproken Einfluss der zwei Immunzellarten in Anwesenheit von A. fumigatus zu analysieren. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl moDCs, als auch NK-Zellen mit dem Pilz interagieren. Neben NK-Zell-moDC-Interaktionen wurden auch Interaktionen mit den einzelnen Immunzelltypen und A. fumigatus beobachtet. Zusätzlich konnte nachgewiesen werden, dass die NK-Effektormoleküle IFN-ɣ, Granzym B und Perforin stimulierend auf moDCs wirken, was in einer erhöhten Zellaktivierung und einer in der Folge gesteigerten Kontaktanzahl zum Pilz resultierte. / The human pathogenic mould A. fumigatus is an opportunistic pathogen that carries a high risk of lethal disease progression due to the triggering of invasive aspergillosis (IA). IA is an infection of the lung tissue that mainly affects immunosuppressed people. A. fumigatus is the cause of this infectious complication, which is usually fended off by an intact immune system without any problems. An important defence barrier against the fungus consists of cells of the innate immune system. In the present work, natural killer cells (NK cells) and dendritic cells (DCs) were of particular relevance in this context. NK cells secrete soluble factors which act as antifungal mediators. DCs, on the other hand, have the ability to phagocytise fungal morphologies. Following interaction with the fungus, both cell types secrete cytokines, which in turn stimulate further immune cells. DCs in particular are thought to play an important role in the immune defence against A. fumigatus, as their ability to link the innate with the adaptive immune system is of great importance. The aim of this work was to characterize the interactions of primary monocyte-derived DCs (moDCs) and NK cells with the fungus A. fumigatus in vitro. To this end, various experiments were performed using the live imaging method to analyze the reciprocal influence of the two immune cell species in the presence of A. fumigatus. It was shown that both moDCs and NK cells interact with the fungus. In addition to NK cell-moDC interactions, interactions with the individual immune cell types and A. fumigatus were also observed. In addition, the NK effector molecules IFN-ɣ, Granzyme B and Perforin were shown to stimulate moDCs, resulting in increased cell activation and consequently increased contact with the fungus.

A. fumigatus é um patógeno oportunista que causa infecções invasivas em hospedeiros imunocomprometidos. Estudos de respiração mitocondrial sugeriram a presença de componentes alternativos em sua cadeia respiratória envolvidos com processos de adaptação a ambientes adversos, como a proteína desacopladora (UCP). UCPs são proteínas mitocondriais cuja atividade dissipa o potencial de membrana gerado durante o transporte de elétrons. Um gene contendo características das três assinaturas moleculares das Proteínas Transferidoras de Energia foi clonado e sequenciado. O alinhamento das sequências genômica e de cDNA mostrou a presença de dois íntrons que, após o splicing, codifica uma proteína contendo 341 aminoácidos, com uma massa molecular de 37 kDa e um pI de 10,02. A fim de se avaliar as propriedades bioenergéticas da UCP-like, essa sequência foi clonada no vetor pYES2 e leveduras S. cerevisiae foram transformadas. Esferoplastos foram preparados e o potencial elétrico transmembrana mitocondrial foi estimado. Os resultados mostraram que o potencial de membrana de esferoplastos de leveduras expressando a proteína UCP-like foi ligeiramente menor e que o decréscimo momentâneo do potencial associado com a fosforilação do ADP foi mais lento quando comparado com o controle, indicando desacoplamento da respiração. Além disso, esse comportamento dos esferoplastos recombinantes foi similar ao controle quando GDP foi adicionado ao meio de reação, sugerindo uma inibição da proteína por esse composto. Para sua caracterização funcional em sistemas reconstituídos, a sequência foi clonada no vetor pET SUMO. A expressão foi realizada em E. coli e a proteína recombinante, purificada por cromatografia em resina de níquel, foi analisada por Western blot com anticorpos anti-(His)6-tag e anti-UCP2 e por espectrometria de massas. A formação dos lipossomos foi confirmada através de medidas de distribuição de partícula por espalhamento de luz dinâmico, as quais sugeriram a formação de vesículas estáveis. Em adição, foi investigada a participação da UCP-like na proteção do A. fumigatus contra danos oxidativos. O nível de mRNA foi determinado por PCR em tempo real na presença de paraquat e menadiona. Em A. fumigatus, a presença dessas drogas pró-oxidantes resultou em um aumento no nível de mRNA desse gene, sugerindo que essa proteína possa também fazer parte de um sistema de defesa antioxidante do fungo. / A. fumigatus is an opportunistic pathogen that causes invasive infections in immunocompromised hosts. Mitochondrial respiration studies suggested the presence of alternative components on its respiration chain, which are involved with the adaptation to hostile environments, such as the uncoupling protein (UCP). UCPs are mitochondrial proteins whose activity dissipates the membrane potential generated during electron transport. A gene containing features of three molecular signatures of Energy Carrier Protein was cloned and sequenced. The alignment between the cDNA and genomic DNA sequences revealed the existence of two introns which after splicing encodes a 341 amino acids protein with a molecular mass of 37 kDa and a pI of 10.02. In order to study bioenergetics properties of UCP-like, the cDNA sequence was cloned into pYES2 vector and transformed in S. cerevisiae. Spheroplasts were prepared and the mitochondrial electrical transmembrane potential was estimated. The results showed that, compared with control cells, mitochondrial electrical transmembrane potential of transformant spheroplasts was slightly smaller and the transient potential decrease associated with ADP phosphorylation was longer, indicating uncoupling of respiration. Moreover, this behavior of recombinant spheroplasts was similar to control cells when GDP was added to the reaction medium, suggesting the inhibition of uncoupling protein. For its functional characterization in reconstituted systems, the cDNA sequence was cloned into pET SUMO vector. The expression was carried out in E. coli and the recombinant protein, purified by chromatography on a nickel-chelating resin, was analyzed by Western blot using anti- (His)6-tag or UCP2 antibodies and by mass spectrometry. Liposome formation was confirmed by light scattering, suggesting the formation of stable vesicles. In addition, the participation of UCP-like in A. fumigatus protection against oxidative damage was investigated. mRNA level was determined by real time PCR in the presence of paraquat and menadione. In A. fumigatus, the presence of these pro-oxidants drugs resulted in increased mRNA level of this gene, suggesting that this protein might also be part of an antioxidant defense system of this fungus.

Aspergillus fumigatus est un agent pathogène respiratoire majeur chez les oiseaux d’ornement comme de production. L’aspergillose qui peut être responsable de mortalités importantes et de chutes de performances est difficile à traiter. Nous avons développé un modèle d’aspergillose aiguë chez le dindonneau en inoculant différents lots d’oiseaux âgés de moins d’une semaine via une aérosolisation intratrachéale de doses croissantes de conidies (105 à 108/animal) en utilisant un MicroSprayer®. Le développement de la masse fongique a été évalué par qPCR, dosage du galactomannane (GM), culture fongique et évaluation histopathologique dans le but de comparer les résultats obtenus en fonction du nombre de conidies inoculées. Une mortalité significative a été observée dans les 4 jours suivant l’inoculation uniquement pour l’inoculum le plus concentré. Les résultats des différents marqueurs du développement du champignon (culture, qPCR et GM), sont très bien corrélés avec la dose de l’inoculum administrée. Les moyennes d’équivalents conidies/g de poumon obtenues par qPCR étaient 1,3 log10 plus importantes que les numérations obtenues par culture sur gélose. Ce nouveau modèle incluant une combinaison inédite de biomarqueurs chez la dinde a été utilisé pour évaluer l’efficacité de l’énilconazole, seule molécule utilisée en élevage avicole pour lutter contre l’aspergillose / Aspergillus fumigatus remains a major respiratory pathogen in both ornamental and poultry. Aspergillosis can be responsible for high mortality rates and induces significant economic losses, particularly in turkey production, and it is still difficult to treat. We developed a new model of acute aspergillosis in young turkeys by inoculating few-days-old turkeys via intratracheal aerosolization with increasing concentrations (105 up to 108) of conidia using a MicroSprayer® device. The fungal burden was assessed and compared by real-time PCR, galactomannan (GM) dosage, fungal colony (CFU) counting and by histopathology. Early death occurred in the first 96 h post-inoculation only at the highest inoculum dose. We observed a correlation between inoculum size and results obtained by real-time PCR, GM dosage and CFU counting. The mean fungal burden detected by qPCR was 1.3 log10 units higher than the mean values obtained by CFU measurement. Furthermore, this new model, with its unique combination of markers, has been used to evaluate the efficacy of enilconazole

A.fumigatus ist der häufigste Erreger invasiver, meist tödlich verlaufender Aspergillosen bei stark immunsupprimierten Patienten. Eine natürliche Resistenz gegen den Pilz wird durch das angeborene Immunsystem vermittelt, jedoch wurde im Tierversuch auch eine erworbene Immunität nach einer überlebten systemischen Infektion festgestellt. Deshalb sollten Antigene, die im Verlauf der Erkrankung vom Pilz exprimiert werden, eine spezifische und protektive Immunantwort hervorrufen können. Für die Entwicklung eines Impfstoffes ist die Identifikation solcher Antigene Voraussetzung. Im Mausmodell wurden insgesamt 31 rekombinante Aspergillus-Antigene in Kombinationen getestet. Als besonders erfolgversprechend stellte sich ein trivalenter Impfstoff, bestehend aus Enolase, HSP90 und TBP (Thiamin-Biosyntheseprotein), dar. Im Vergleich zu einer ungeimpften Kontrollgruppe fand sich bei der Impfgruppe eine signifikante Protektion gegenüber einer an sich letalen Aspergillus-Infektion. Bei einer Wiederholung des Versuchs ließ sich der Schutz bestätigen, war jedoch nicht mehr im Signifikanzbereich. Mögliche Gründe hierfür sind die unsichere Aufnahme der Infektionsdosis durch nasale Verabreichung oder auch eine „Stille Feiung“ der Mäuse durch Einatmung von Konidien aus der Umgebung vor der eigentlichen Infektion. Eine Verbesserung der Versuchsbedingungen könnte durch die Verwendung individuell ventilierter Käfige (ohne Sporenbelastung aus der Raumluft) und/oder eine Vergrößerung der Versuchsgruppen erreicht werden. Da die Konidienoberfläche den ersten Kontakt mit dem Wirt vermittelt, könnten Konidienoberflächenproteine sowohl vielversprechende Impfstoffkandidaten als auch Virulenzfaktoren sein. Im Tierversuch wurde hier nachgewiesen, dass das stark exprimierte Konidienoberflächenprotein HP16 entscheidend an der Virulenz von A.fumigatus beteiligt ist. Dabei stellte sich der Virulenzunterschied zwischen der Deletionsmutante ΔHP16 und dem Wildtyp D141 als hoch signifikant dar. Der Vergleich zwischen der Deletionsmutante ΔHP16 und der Komplementmutante ΔHP16K erbrachte eine komplett restaurierte Virulenz. Da HP16 zumindest in vitro vorwiegend auf Konidien lokalisiert ist, könnte sich hier ein Angriffspunkt für eine präemptive Therapie bzw. für eine Prophylaxe der invasiven Aspergillose ergeben. HP16 wurde auch als rekombinantes Protein hergestellt. Das rekombinante Antigen soll als Impfstoffkandidat in zukünftigen Projekten eingesetzt werden. Letztlich wurde noch Aspf3, eine Peroxireduktase von A.fumigatus, als ein weiterer Target- und Impfstoffkandidat untersucht. Die stark verminderte Virulenz der Deletionsmutante ΔAspf3 und eine zumindest teilrestaurierte Virulenz durch die hergestellte Komplementmutante ΔAspf3K lassen vermuten, dass Aspf3 während der Pathogenese ebenfalls eine entscheidende Rolle spielt.