Wir nutzten in dieser Studie den apikomplexen Parasiten Eimeria falciformis als Modell. Unsere Ergebnisse zeigen, dass das in infizierten Wildtypmäusen dominierende Zytokin IFN-γ für Immunschutz und für die Entwicklung der Darmpathologie entbehrlich war. E. falciformis-infizierte IFN-γR-/- and IFN-γ-/- Mäuse zeigten extremen Körpergewichtsverlust und starke Pathologie im Darm. Die Entwicklung des Parasiten in diesen Mäusen war überraschenderweise reduziert. Diese Beobachtungen gingen mit einer drastisch erhöhten Produktion von parasiten-spezifischem IL-17A und IL-22 durch CD4+ T Zellen einher. Gleichzeitige Neutralisierung von IL-17A und IL-22 in E. falciformis-infizierten IFN-γR-/- Mäusen verringerte den Körpergewichtsverlust und die Darmpathologie, und führte zu einer erhöhten Ausscheidung von Parasiten. Die Behandlung einer E. falciformis-infizierten intestinalen Epithelzelllinie mit IL-17A oder IL-22 führte zu einer signifikant reduzierten Entwicklung von E. falciformis in vitro. Diese Daten demonstrieren erstmalig einen anti-parasitären Effekt von IL-22 im Darm und deuten auf redundante Rollen von IL-17A und IL-22 im Hinblick auf die Förderung von Darmpathologie in Abwesenheit von IFN-γ hin. Um E. falciformis als Modellsystem weiter zu entwickeln, haben wir die Transfektion von E. falciformis Sporozoiten mit verschiedenen Plasmiden die den Reporter YFP und den Resistenzmarker DHTS enthalten etabliert. Rektal in Mäuse injizierte Sporozoiten entwickelten sich erfolgreich zu Oocysten, wenn auch mit geringerer Effizienz im Vergleich zur oralen Infektion mit Oozysten. Wiederholte in vivo Selektion YFP-exprimierender Oozysten führte zu Populationen mit maximal 34 % YFP-exprimierenden Parasiten. Wir demonstrieren in dieser Arbeit zum ersten Mal die Transfektion von E. falciformis und zeigen Perspektiven im Hinblick auf die Etablierung einer stabil transgenen Parasitenlinie auf. / The roles of Th1 and Th17 responses as mediators of host protection and pathology in the intestine are the subjects of intense research. Here we investigated a model of intestinal inflammation driven by the intracellular apicomplexan parasite Eimeria falciformis. Although IFN-γ was the predominant cytokine during E. falciformis infection in wild type mice, it was found to be dispensable for host defence and the development of infection-driven intestinal inflammation. E. falciformis-infected IFN-γR-/- and IFN-γ-/- mice developed dramatically exacerbated body weight loss and intestinal pathology, but surprisingly harboured fewer parasites. This was associated with a striking increase in parasite-specific IL-17A and IL-22 production in the mesenteric lymph nodes and at the site of infection. Concurrent neutralisation of IL-17A and IL-22 in E. falciformis infected IFN-γR-/- mice resulted in a reduction in infection induced body weight loss and inflammation and significantly increased parasite shedding. Taken together these data demonstrate for the first time an anti-parasitic effect of IL-22 during an intestinal infection and suggest that IL-17A and IL-22 have redundant roles in driving intestinal pathology in the absence of IFN-γ signalling. To further develop E. falciformis as a model system, we established transfection of E. falciformis sporozoites using various plasmids that contain the fluorescent reporter YFP and the resistance marker DHTS. Sporozoites applied rectally to mice were shown to complete their life cycle, albeit with a lower efficiency in comparison to oral infection with oocysts. Repeated in vivo selection using pyrimethamine and/or FACS and manual sorting led to a maximum percentage of 34 % YFP-expressing oocysts. Taken together, we demonstrate for the first time transfection of E. falciformis and provide perspectives for further work on the establishment of a stable transgenic parasite line.

Eimeria falciformis ist ein Apicomplexa-Parasit, welcher das Blinddarmepithel der Maus befällt. Aufgrund des monoxenen Lebenszyklus in einem exzellent-erforschten Wirt, bietet sich E. falciformis als Modellorganismus an, um Wirts-Parasit-Interaktionen zu untersuchen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden mit Hilfe von Genexpressionsanalysen bei E. falciformis-infizierten Zellen und Mäusen Wirtsfaktoren identifiziert, welche für die in vitro bzw. in vivo Entwicklung des Parasiten vonnöten sind. Der Transkriptionsfaktor c-FOS (FBJ osteosarcoma oncogene) zeigte eine erhöhte Expression bei der Infektion einer Epithelzelllinie mit E. falciformis. C-FOS ist ein Bestandteil des AP-1 (activator protein 1) Komplexes, welcher die Transkription zahlreicher Gene unterschiedlichster Funktion steuert. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Entwicklung von E. falciformis in Zellen, welche den Transkriptionsfaktor nicht besitzen (c-FOS knockout Zellen) beeinträchtigt war. Diese Beobachtung betont eine mögliche Ausbeutung des Transkriptionsfaktors des Wirtes durch den Parasiten. In E. falciformis-infizierten Mäusen war die Expression des Enzyms Indoleamin 2,3-Dioxygenase (IDO1) bemerkenswert induziert. IDO1 katalysiert die erste und geschwindigkeits-bestimmende Reaktion des Tryptophan-Abbaus innerhalb des Kynurenin-Stoffwechselweges. Wir zeigen in dieser Studie, dass in den E. falciformis-infizierten Epithelzellen IDO1 IFN-gamma abhängig induziert wird. Das Wachstum des Parasiten war zudem beeinträchtigt in IDO1-/- Mäusen sowie in Mäusen, in welchen zwei weiterer Enzyme des Kynurenin-Stoffwechselweges pharmakologisch inhibiert wurden. Bemerkenswerterweise konnte das Parasitenwachstum in IDO1-/- Mäusen durch Gabe von Xanthurensäure, ein Nebenprodukt des Tryptophan-Abbaus, auf Wildtyp-Niveau angehoben werden. Diese Daten demonstrieren, dass sich der intrazelluläre Parasit E. falciformis die wirtseigenen Verteidigungsmechanismen (IFN-gamma, IDO1) für seine eigene Entwicklung zu Nutze macht. / Eimeria falciformis is a highly host- and tissue-specific parasite of murine caecum epithelium. Its monoxenous life cycle in a well-investigated host makes it an excellent model to examine parasite-host interactions. To identify the host determinants of the parasite infection, this work involved the comparative in vitro and in vivo analyses of mouse gene modulation by E. falciformis. The in vitro microarray analyses identified the transcription factor FBJ osteosarcoma oncogene (c-FOS) as highly induced during E. falciformis infection. C-FOS is part of the activator protein 1 (AP-1) complex, which controls the transcription of genes involved in various biological processes. We show that infection of c-FOS-deficient mouse cells results in an impaired development of E. falciformis, highlighting an exploitation of the host transcription factor by an apicomplexan parasite. Our ex vivo gene expression analyses using mouse caecum cells revealed a substantial modulation of the host transcriptome. The indoleamine 2,3-dioxygenase 1 (IDO1), the first and rate-limiting enzyme of tryptophan catabolism in the kynurenine pathway, was one of the most up-regulated epithelial transcripts. Induction of IDO1 supposedly depletes tryptophan in host cells, which is proposed to inhibit the in vitro growth of pathogens auxotrophic for this essential amino acid. We show that E. falciformis induces IDO1 in the epithelial cells in an IFN-gamma-dependent manner. The absence or inhibition of IDO1 and two downstream enzymes of the pathway in the mouse impairs parasite growth. Noticeably, the parasite development was entirely rescued by xanthurenic acid, a by-product of tryptophan catabolism. These data demonstrate contrasting roles of IFN-gamma signaling and a conceptual subversion of the host defense (IFN-gamma, IDO1) by an intracellular pathogen for progression of its natural life cycle.