Regensburg, Universiẗat, Diss., 2008.

Connexin32- defiziente Mäuse stellen ein Mausmodell für eine Form der hereditären peripheren Neuropahtie dar. Es konnte gezeigt werden, dass Makrophagen, möglicherweise aktiviert durch MCP-1, die Demyelinisierung in Connexin32-defizienten Mäusen vermitteln. Diese Arbeit untersucht mögliche Signaltransduktionswege, die in den peripheren Nerven Connexin32- defizienter Mäuse aktiviert sein könnten und damit in Zusammenhang mit der Genexpression von MCP-1 und/oder Makrophagen-Aktivierung stehen könnten. / Connexin32 deficient mice are a well established mouse model for the hereditary neuropathy known as Charcot-Marie-Tooth disease. Recently it was shown that macrophages function as the mediators of demyelination in peripheral nerves. Additionally there was found an icreased gene expression of MCP-1 in peripheral nerves of these animals. This study tries to identify un activated signal transduction pathway in peripheral nerves of Connexin32 deficient mice that may lead to the increased gene expression of MCP-1 and increased number of macrophages in peripheral nerves of Connexin32 deficient mice.

Tumorstroma und Tumor-assoziierte Makrophagen (TAMs) spielen in neoplastischen Erkrankungen eine wichtige Rolle im Bezug auf Tumorwachstum und Progression. In einigen Krebsarten besteht zwischen den Tumor-assoziierten Makrophagen und den Krebszellen eine intensive Interaktion, welche zu vermehrter Angiogenese und zur Unterdrückung lokaler Immunantworten führt. Aus diesem Grund stellen TAMs einen vielversprechenden Angriffspunkt für eine Krebstherapie da. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass intrazelluläre Bakterien wie Salmonella und Shigella hauptsächlich TAMs im Tumorgewebe infizierten. Um dieses Verhalten näher zu untersuchen, konstruierten wir einen im Wachstum abgeschwächten Shigella Stamm, welcher jedoch noch die Fähigkeit hat, Apoptose in Makrophagen zu induzieren. Shigellen sind invasive Bakterien, die in das Darmgewebe einwandern und dort eine massive Inflammation induzieren. Intrazelluläre Shigellen aktivieren Caspase-1 und induzieren dadurch Apoptose in Makrophagen durch den sekretierten Virulenzfaktor IpaB. Durch eine Deletion des genomischen aroA-Gens, wurde ein Shigella Stamm konstruiert, der Defekte im intrazellulären Wachstum aufweist. Dennoch war dieser Stamm noch fähig eukaryotische Zellen zu infizieren, sich interzellulär fortzubewegen, Caspase-1 zu aktivieren und Apoptose in Makrophagen zu induzieren. Es wurde gezeigt, dass dieser Shigellen Stamm nach i.v. Injektion hauptsächlich die TAMs im 4T1-induzierten und transgenen MMTV-HER2/neu Brustkrebsmodel infizieren. Diese attenuierten Shigellen wurden im Tumorgewebe hauptsächlich intrazellulär detektiert, im Gegensatz dazu wurden attenuierte Salmonellen zu späten Zeitpunkten (7 d p.i.) auch extrazellulär im Tumorgewebe aufgefunden. Der metabolisch aber nicht in der Virulenz attenuierte Shigella Stamm konnte in beiden Brustkrebsmodellen zu allen Zeitpunkten (4 h, 6h and 7 d p.i.) Caspase-1 in TAMs aktivieren und Apoptose induzieren. Diese Apoptose führte in beiden Brustkrebsmodellen zu einer langandauernden und hoch signifikanten Reduktion der TAMs-Anzahl (bis zu 70 %). Im Gegensatz dazu konnten Salmonellen nur zu frühen Zeitpunkten (6 h p.i.) Apoptose in TAMs induzieren und dies führte in beiden Modellen zu keiner Reduzierung der TAMs-Anzahl. In dem 4T1-induzierten Tumormodel wurden die Mäuse mit dem attenuierten Shigella Stamm behandelt, was zu einer kompletten Blockierung des Tumorwachstums führte, dies traf aber nicht für den avirulenten Stamm zu. Darüberhinaus infizierte Shigella hauptsächlich die Makrophagen Fraktion eines Ovarkarzinoms ex vivo und induzierte in diesen Zellen Caspase- 1 Aktivierung und Apoptose. Zusammenfassend zeigen diese Daten, dass im Wachstum attenuierte intrazelluläre Bakterien dazu fähig sind Apoptose in TAMs zu induzieren. Dadurch werden sie zu einem vielversprechenden Therapeutikum zur Behandlung von betimmten Krebserkrankungen, bei denen TAMs eine erwiesene Rolle im Tumorwachstum und der Tumorprogression spielen. / In neoplastic diseases the tumor stroma and especially tumor-associated macrophages (TAMs) play an important role in tumor growth and progression. TAMs exhibit an intensive cross-talk with tumor cells resulting in the promotion of angiogenesis and the inhibition of local protective immune responses in certain tumor entities. Therefore, TAMs are a potential target for tumor therapy. Here it was shown that intravenously applied intracellular bacteria like Salmonella and Shigella primarily target TAMs. To exploit this feature a growth attenuated Shigella strain with the capacity to induce apoptosis in macrophages was designed. Shigella are invasive bacteria that penetrate the colonic tissue and initiate an acute inflammation. In macrophages, Shigella rapidly induces caspase-1 processing and apoptosis via the virulence factor IpaB. By genomic deletion of the aroA-locus a metabolically attenuated strain defective in intracellular growth but with retained capacity of infection, cell-to-cell spread, caspase-1 processing and apoptosis induction in macrophages was designed. It was shown that this strain primarily targets TAMs in 4T1 cell induced and transgenic MMTV-HER2/new breast cancer models. Shigella were almost exclusively found intracellularly, whereas growth attenuated Salmonella were also found extracellularly at late time points. The metabollically attenuated Shigella strain with retained virulence, but not avirulent Shigella strains, was able to activate caspase-1 and induce apoptosis in TAMs at all time points (4 h, 6 h and 7 d p.i.) in both breast cancer models. This unrestricted apoptosis induction translated into a substantial, long-lasting and highly significant reduction of TAMs number (up to 70 %) in both models. In contrast, Salmonella could only induce apoptosis in TAMs at early time points (6 h p.i.) and failed to reduce TAMs in both models. In the 4T1 model, the effect on tumor size was monitored and treatment of the mice with the attenuated Shigella strain resulted in a complete block of tumor growth. Finally, Shigella primarily infected the macrophage fraction, activated caspase-1 and induced apoptosis in cells derived from a human ovarian carcinoma ex vivo. Taken together, this data suggests that growth attenuated intracellular bacteria capable of inducing apoptosis in TAMs are a promising therapeutic option for certain cancer diseases where TAMs have a proven role for tumor growth or progression.

Die Isolierung von Phagosomen ermöglicht die biochemische Analyse der Phagosomen-Zusammensetzung sowie der an der Phagosomenreifung beteiligten Moleküle. Deshalb wurde im Rahmen dieser Promotionsarbeit eine Methode entwickelt, die es ermöglicht, Bakterien-enthaltende Phagosomen zu isolieren. Diese Methode erzielt im Vergleich zu anderen in der Literatur beschriebenen Methoden eine gute Ausbeute (fast 40 Prozent) und vor allem eine höhere Reinheit an Bakterien-enthaltenden Phagosomen. So besteht keine Kontamination mit Teilen des Golgi-Apparates und nur eine sehr geringe Kontamination mit endosomalen und lysosomalen Proteinen sowie Plasmamembranbestandteilen. Allerdings wurde eine Kontamination mit Mitochondrien und ER detektiert. Letzteres muss nicht unbedingt eine Kontamination darstellen, sondern könnte ein wichtiger Bestandteil von Phagosomen sein. Afipia felis ist ein Gram-negatives Bakterium, das für einige Fälle der Katzen-Kratz Krankheit verantwortlich ist. Es kann innerhalb von Makrophagen überleben und sich vermehren. Die genaue Kompartimentierung der Afipia felis-enthaltenden Phagosomen in Makrophagen war allerdings unbekannt und sollte deshalb in der vorliegenden Promotionsarbeit analysiert werden. Ovalbumin Texas Red, mit dem Lysosomen vor der Infektion markiert wurden, gelangt nicht in die Afipien-enthaltenden Phagosomen, und die Afipien-enthaltenden Phagosomen sind auch nicht zugänglich für Ovalbumin Texas Red, mit dem das gesamte endozytische System nach der etablierten Infektion markiert wurde. Außerdem sind etablierte, isolierte Afipia felis-enthaltende Phagosomen nur in geringem Umfang positiv für spät endosomale/lysosomale Markerproteine und negativ für früh endosomale Markerproteine. Die Afipien, die ein nicht endozytisches Kompartiment etablieren, werden vom Makrophagen in ein EEA1-negatives Kompartiment aufgenommen, das auch zu späteren Zeitpunkten negativ für LAMP-1 ist. Nur die circa 30 Prozent der Afipien, die sich in einem Kompartiment befinden, das zum endozytischen System gehört, gelangen nach der Aufnahme durch den Makrophagen in ein EEA1-positives Kompartiment, das zu einem späteren Zeitpunkt positiv für LAMP-1 wird. Tötung der Afipien oder Opsonisierung mit Antikörpern vor der Infektion normalisiert die Reifung der Afipia felis-enthaltenden Phagosomen in den J774E-Makrophagen. Somit konnte nachgewiesen werden, dass die Mehrzahl der Phagosomen (70 Prozent), die Afipia felis enthalten, nicht zum endozytischen System gehören. Diese ungewöhnliche Kompartimentierung besteht bereits bei der Aufnahme und kann nur von lebenden Afipien etabliert werden. Rhodococcus equi ist ein Gram-positives Bakterium, das unter anderem Bronchopneumonien beim Fohlen verursacht. Aber auch Menschen und andere Säugetiere sind von Infektionen mit R. equi betroffen. Die Fähigkeit der Rhodokokken, innerhalb der Makrophagen zu überleben und sich zu vermehren, ist mit dem Vorhandensein eines 85 kbp Plasmids assoziiert. Da über die genaue Kompartimentierung von R. equi im Mausmakrophagen wenig bekannt war, und der Frage, ob es einen Unterschied zwischen der Kompartimentierung von R. equi(+)- und R. equi(-)-enthaltenden Phagosomen gibt, noch nicht nachgegangen wurde, war beides Thema dieser Promotionsarbeit. Dabei zeigt sich, dass R. equi(-)-enthaltende Phagosomen wesentlich stärker mit den spät endosomalen/lysosomalen Markerproteinen vATPase und LAMP-1 assoziiert sind sowie eine höhere ß-Galaktosidase-Aktivität aufweisen als die R. equi(+)-enthaltenden Phagosomen. Da sowohl die isolierten R. equi(-)- als auch die R. equi(+)-enthaltenden Phagosomen mit dem früh endosomalen Markerprotein rab5 assoziiert sind, ist anzunehmen, dass Rhodokokken unabhängig vom Vorhandensein des 85 kbp Plasmids in der Lage sind, die Phagosomenreifung zu verzögern. Aber R. equi(-) kann die Reifung zwar verzögern, aber letztendlich nicht verhindern. Wahrscheinlich reifen die Phagosomen, die R. equi(-) enthalten, zu einem späteren Zeitpunkt zu Phagolysosomen, wohingegen R. equi(+) ein ungewöhnliches Kompartiment etabliert und dadurch die Phagosomenreifung endgültig zu verhindern scheint. Somit ist anzunehmen, dass mindestens ein vom 85 kbp Plasmid kodiertes Molekül für die Etablierung dieses ungewöhnlichen, R. equi(+)-enthaltenden Kompartimentes, verantwortlich ist. Da eine Infektion mit Rhodococcus equi zytotoxisch für die infizierte Zelle sein kann, wurde die von den Rhodokokken vermittelte Zytotoxizität näher analysiert. Die in dieser vorliegenden Promotionsarbeit dargestellten Ergebnisse zeigen deutlich, dass nur die Plasmid-enthaltenden Rhodokokken zur Nekrose, aber nicht zur Apoptose ihrer Wirtszellen führen, während R. equi(-) keinen Einfluss auf die Vitalität ihrer Wirtszellen haben. Dieses Phänomen ist allerdings abhängig vom Wirtszelltyp. So sind R. equi(-) als auch R. equi(+) für humane Monozyten nur geringfügig zytotoxisch. / The isolation of phagosomes from phagocytes enables their fine biochemical analysis as well as the determination of the role of various molecules in phagosome biogenesis. Therefore, a method to purify bacteria-containing phagosomes from infected macrophages has been established in this study. In comparison with previously described methods a good yield (40 per cent) and a higher level of purity of bacteria-containing phagosomes were obtained using this phagosome isolation method. No Golgi-derived contamination and only very little endosomal or lysosomal and plasma membrane-derived contaminations was found. Furthermore, some mitochondrial and ER contaminations were detectable. Afipia felis is a Gram-negative bacterium that causes some cases of human Cat Scratch Disease. It can survive and multiply in macrophages, but the precise intracellular compartimentalization of Afipia felis-containing phagosomes is unknown. In this study we show evidence, that 70 per cent of Afpia felis-containing phagosomes do not belong to the endocytic pathway. This is supported by the facts that neither did ovalbumin preloaded into lysosomes enter most Afipia felis-containing phagosomes, nor did ovalbumin loaded into the endocytic system after infection. Furthermore the percentage of isolated Afipia felis-containing phagosomes positive for late endosomal/lysosomal markerproteins were very low and early endosomal marker proteins were rarely detectable. Those bacteria that were to be found in a nonendosomal compartment entered the macrophage via an EEA1-negative compartment, which remained negative for LAMP-1. The small population of Afipia felis whose phagosomes were part of the endocytic system entered into an EEA1-positive compartment which also subsequently acquired LAMP-1. Killing of Afipia felis or opsonization with antibodies before infection lead to a strong increase in the percentage of Afipia felis-containing phagosomes that interact with the endocytic system. We conclude that most phagosomes containing Afipia felis are disconnected from the endocytic system. This unusual compartalization is decided at uptake and can only be established by viable Afipia felis. Rhodococcus equi is a Gram-positive bacterium that causes granulomatous pneumonia in foals. It is also a pathogen for other animals and human beings. The pathogenicity of Rhodococcus equi is depending on its ability to exist and multiply inside macrophages and this correlates with the presence of a 85 kbp plasmid. The aim of this study was to elucidate the intracellular compartmentation of Rhodococcus equi and the mechanism by which the bacteria might avoid the destruction in host macrophages. The importance of the virulence-associated plasmid was also evaluated. In this study it is shown that R. equi(-)-containing phagosomes contained much more of the late endosomal/lysosomal marker proteins vATPase or LAMP-1 and also a larger amount of the lysosomal enzyme ß-galactosidase than R. equi(+)-containing phagosomes. Both R. equi(+)- and R. equi(-)-containing phagosomes associated with the early endosomal marker protein rab5. Based on these results it can be speculated that Rhodococcus equi is able to slow down or arrest the maturation of its phagosome independently of the 85 kbp virulence-associated plasmid. Whereas R. equi(-) is able to slow down but not to arrest its phagosomes, R. equi(+) establishes an unusual compartment, which possibly represents a recycling-endosome. Therefore, for the long term establishment of the unusual R. equi(+)-containing phagosomes at least one of the molecules encoded by the 85 kbp plasmid is necessary. Since Rhodococcus equi infection ultimately proves toxic for macrophages, the R. equi mediated cytotoxicity was analyzed. In this study it is shown that Rhodococcus equi induce necrosis in their host cells and which is dependent on the presence of the virulence-associated 85 kbp plasmid. But the Rhodococcus induced necrosis can only be observed in mouse macrophages and not in human monocytes.

Rhodococcus equi is a Gram-positive intracellular pathogen which can cause severe bronchopneumonia in foals. In recent years, the role of this bacterium as human pathogen has been noted, as R.equi infections in humans have increase in frequency. This increase is associated with the rise in immunosupressed individuals, specially AIDS patients, where infection leads to symptoms and pathology similar to those seen in foals with a high mortality rate. Due to its capability to survive and multiply in murine and equine macrophages, R.equi has been classified as a facultative intracellular bacterium. R.equi is found frequently in macrophages in alveolar infiltrate from infected animals. The pathogenicity of R.equi depends on its ability to exist and multiply inside macrophages and has been associated with the presence of virulence plasmids. It has been observed that, inside foal alveolar macrophages, R.equi-containing vacuoles (RCVs) do not mature into phagolysosomes. However, most of the intracellular events during R.equi infection have not been investigated in detail. The aim of this study was to elucidate the intracellular compartmentation of R.equi and the mechanism by which the bacteria avoid destruction in host macrophages. The importance of the virulence-associated plasmids of R.equi for the establishment of RCVs was also evaluated. Furthermore, the intracellular fate of viable and non-viable R.equi was compared in order to study whether viability of R.equi influeciantes the establishment of RCVs. In this study, the RCV was characterized by using a variety of endocytic markers to follow the path of the bacteria trhough murine macropages. Transmission electron microscopy-base analysis showed that R.equi was found equally frequently in phagosomes with loosely or thightly apposed membranes, and RCV often contains numerous membranous vesicles. Laser scanning microscopy of infected macrophages showed that the majority of phagosomes containing R.equi acquired transiently the early endosomal markers Rab5, Ptlns3P, and EEA-1, suggesting initially undisturbed phagosome maturation. Although the RCV acquired some late endosomal markers, such as Rab7, LAMP-1, and Lamp-2, they did not acquired vATPase, did not interact with pre-labeled lysosomes, and failed to acidify. These data clearly suggest that the RCV is a compartment which has left vacuoles that resemble multivesicular body compartments (MVB), which are transport intermediates between early and late endosomes and display internal vesicles very similar to the ones observed within RCVs. Analyisis of several R.equi strains containing either VapA- or VapB-expressing plasmids or neither demonstrated that the possession of the virulence-associated plasmids does not affect phagosome trafficking over a two hour period of infection. The finding that non-viable R.equi was still able to inhibit phagosome maturation (although not to the same extent as viable R.equi did) suggests that heat-insensitive factors, such as cell periphery lipids, may play a major role in inhibition of phagosome maturation, although heat-sensitive factors may also be involved. / Rhodococcus equi ist ein Gram-positives, fakultativ intrazelulläres Bakterium, das unter anderem die Ursache von Bronchopneumonien bei Fohlen ist. Menschen und andere Säugetiere können ebenfalls von Infektionen mit R. equi betroffen sein. In den letzten Jahren ist die Häufigkeit klinischer Infektionen mit R. equi bei Menschen gestiegen. Die wachsende Anzahl an mmunosupprimierten Patienten (hauptsächlich AIDS-Patienten) liegt dieser Zunahme an Infektionen zugrunde. Die Symptomatologie und Pathologie der Infektion mit R. equi ist bei AIDS-Patienten und Fohlen ähnlich. Die Sterblichkeitsrate ist in beiden Fällen hoch. Die Fähigkeit der Rhodokokken, innerhalb von Makrophagen zu überleben und sich zu vermehren, ist mit dem Vorhandensein von Virulenzplasmiden (virulence-associated plasmids) verbunden. Innerhalb des Makrophagen befinden sich die Rhodokokken in einem Phagosom, das nicht mit Lysosomen fusioniert. Die genaue Kompartimentierung der Rhodococcus equi-enthaltenden Phagosomen in Makrophagen war bisher unbekannt und wurde deshalb in der vorliegenden Promotionsarbeit untersucht. Mit Hilfe mehrerer endozytischer Marker wurde das R. equi-enthaltende Kompartiment charakterisiert. Mögliche Unterschiede zwischen der Kompartimentierung von R. equi(+)- und R. equi(-)-enthaltenden Phagosomen ist ebenfalls Thema dieser Promotionsarbeit. Weiterhin wurde die Etablierung des phagosomalen Kompartiments für jeweils lebende und tote Rhodokokken verglichen. Transmissionselektronenmikroskopische Analysen haben gezeigt, dass die Phagosomenmembran Rhodococcus equi-enthaltender Phagosomen sowohl locker als auch eng anliegend sein kann (50%). Darüber hinaus wurden häufig zahlreiche, membranöse Vesikel in R. equi-enthaltenden Phagosomen gefunden. Diese Phagosomen zeigen somit Ähnlichkeiten zu Multivesicular Bodies. Multivesicular Bodies sind intermediäre Kompartimente zwischen frühen und späten Endosomen und zeigen ebenfalls eine Vielzahl von internen Vesikeln. Untersuchungen am konfokalen Lasermikroskop ergaben, dass die Mehrheit der R. equi-enthaltenden Phagosomen die früh endosomalen Marker Rab5, PtIns3P und EEA-1 transient akquirieren. Dieser Befund deutet auf eine ungestörte phagosomale Reifung im frühen Stadium hin. Trotz der beobachteten Akquisition der spät endosomalen Marker Rab7, LAMP-1 und LAMP-2 konnte keine Akquisition der vATPase, keine Interaktion mit vormarkierten Lysosomen und keine Ansäuerung von R.equi-enthaltenden Phagosomen nachgewiesen werden. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass R. equi-enthaltende Phagosomen das früh endosomale Stadium abschließen, aber einen typisch spät endosomale Zustand nicht erreichen. Die Analyse unterschiedlicher R. equi-Stämme, die entweder vapA- oder vapB-exprimierende Virulenzplasmide enthalten, hat gezeigt, dass die Anwesenheit von Virulenzplasmiden die phagosomale Reifung über eine Infektionsperiode von zwei Stunden nicht beeinflusst. Getötete Rhodokokken waren in der Lage, die phagosomale Reifung zu inhibieren, aber in geringerem Ausmaß als lebende Rhodokokken. Das weist darauf hin, dass hitze-insensitive Faktoren (wie zum Beispiel Lipide der Zellwand) zur Inhibierung der phagosomalen Reifung entscheidend sind, obwohl dazu auch hitze-sensitive Faktoren (wie Proteine) relevant sein können.

Unter dem Einfluss von M-CSF und GM-CSF entwickeln sich CD14-positive periphere humane Blutmonozyten zu CD68-positiven M-CSF- bzw. GM-CSF-Makrophagen. M-CSF-Makrophagen lassen sich mit INFg und LPS zu klassisch aktivierten M1-Makrophagen, oder mit IL-4 und IL-10 zu alternativ aktivierten M2-Makrophagen differenzieren. Durch GM-CSF werden aus Monozyten GM-CSF-Makrophagen induziert. Im Gegensatz zu M1-Makrophagen sind GM1-Makrophagen bisher noch wenig untersucht. Mit INFg und LPS werden GM-CSF-Makrophagen zu GM1-Makrophagen aktivert. In der vorliegenden Arbeit wurde überprüft, wie groß die Übereinstimmung zwischen M-CSF- und M2-Makrophagen sowie zwischen GM-CSF- und M1-Makrophagen / GM1-Makrophagen ist. Im Gegensatz zu M-CSF- und GM-CSF stellt Laktat aber keinen Differenzierungsfaktor für Monozyten dar. Jedoch beeinflusst Laktat den Phänotyp von M2-Makrophagen und hemmt die Ausschüttung von IL-12 und NO durch M1- und GM1-Makrophagen. / In the presence of M-CSF and GM-CSF CD14-positive human blood monocytes develop into CD68-pos M-CSF- or GM-CSF-macrophages. M-CSF-macrophages differentiate when incubated with INFg and LPS to classicly activated M1-marophages, when incubated with IL-4 and IL-10 zu alternativly activated M2-macrophages. Monocytes presented to GM-CSF eventually become GM-CSF-macrophages. There are only few examinations of GM-CSF-macrophages and classicly activated GM1-macrophages compared to M1-macrophages. In this study we focused on comparing the non-activated M-CSF-macrophages to alternativly activated M2-macrophages and non-activated GM-CSF-macrophages to classicly activated GM1-macrophages/M1-macrophages. Furthermore we point out that lactate is not a potential differentiation-signal für monocytes. But lactate does infact interfere with certain macrophage-phenotypes and the secretion of proinflammatory IL-12 and NO-molecules.

Immunzellen mit hemmenden bzw. regulatorischen Eigenschaften erscheinen sehr attraktiv, um ungewollte Immunantworten, wie sie z.B. nach Transplan¬tationen auftreten, selektiv zu hemmen. In früheren Arbeiten konnten wir zeigen, dass sich mit GM-CSF und IL-4 immunregulatorische Dendritische Zellen (IL-4 DC) aus hämatopoetischen Vorläuferzellen des Knochenmarks der Lewis-Ratte generieren lassen. In der vorliegenden Arbeit wurden Makrophagen aus Knochenmarkvorläuferzellen mit M-CSF und IL-4 (IL-4 Makrophagen) generiert und mit den IL-4 DC hinsichtlich ihres Phänotyps und ihrer immunologischen Eigenschaften verglichen. M-CSF Makrophagen, die nur mit M-CSF generiert wurden, dienten hierbei als Kontrolle. Im Gegensatz zu reifen DC (mDC), die aus der Milz isoliert wurden, sind weder M-CSF Makrophagen noch IL-4 Makrophagen bzw. IL-4 DC in der Lage, naive T Lymphozyten in vitro zu aktivieren. Zudem wurde eine Zellzahl-abhängige Hemmung der mDC induzierten T Zell-Aktivierung beobachtet. So hemmten IL-4 Makrophagen die mDC-induzierte T-Zellproliferation nahezu vollständig (bis zu 96%), wenn sie in einem Zellverhältnis von 1:1 (IL-4 Makrophagen:mDC) als Kompetitorzellen eingesetzt wurden. Ähnliche Effekte waren auch für M-CSF Makrophagen und IL-4 DC zu beobachten. Zwar ist nicht geklärt, wie die Zellen diesen hemmenden Effekt vermitteln, doch lassen die Daten der vorliegenden Arbeit sowohl einen durch Oberflächenmoleküle als auch lösliche Mediatoren vermittelten Mechanismus für möglich erscheinen. Durchflusszytometrische Analysen, ergänzt durch Immunhistochemie und Real time PCR, zeigten für IL-4 Makrophagen und M-CSF Makrophagen einen Phänotyp, der gegenüber IL-4 DC, eine geringere Expression von CD80 und CD86 auf der Zelloberfläche aufwies. Die IL-4 DC wiesen ihrerseits eine geringe Expression von CD80 und CD86 in Vergleich zu mDC auf, wie in vorangegangenen Arbeiten gezeigt wurde. Alle drei Subpopulationen waren positiv für MHC I und CD40, während IL-4 Makrophagen und IL-4 DC zusätzlich positiv für MHC II waren. T Lymphozyten in Kokultur mit IL-4 Makrophagen bzw. mit M-CSF Makrophagen oder IL-4 DC wiesen nur eine geringe Proliferation auf, wenn sie anschließend mit mDC restimuliert wurden. Diese Daten deuten darauf hin, dass IL-4 Makrophagen, M-CSF Makrophagen und IL-4 DC naive T-Lymphozyten dauerhaft in ihrer Restimulierung hemmen. Dieser anergische Zustand ist möglicherweise auf die unzureichende Kostimulation zurückzuführen. Zudem wurde bei den mit IL-4 Makrophagen, M-CSF Makrophagen und IL-4 DC kokultivierten T Lymphozyten eine geringfügig erhöhte Rate an apoptotischen Zellen gemessen als bei T Lymphozyten, die zuvor alleine oder mit mDC kultiviert wurden. Auch von IL-4 Makrophagen, M-CSF Makrophagen und IL-4 DC sezernierte lösliche Faktoren können eine Rolle bei der Hemmung der T-Zellaktivierung spielen. Überstände einer 24-stündigen Kultur mit einer Million IL-4 Makrophagen, M-CSF Makrophagen und IL-4 DC, hemmten die mDC-induzierte T-Zellaktivierung mit einer Suppressionsrate von 81-85%. Mit einer nahezu vollständigen Hemmung der T-Zellaktivierung war der Effekt von Überständen aus 48-stündigen Kulturen sogar noch stärker. Wie anhand von ELISA und real time PCR gezeigt wurde, exprimierten IL-4 Makrophagen, M-CSF Makrophagen und IL-4 DC das immuninhibitorische Zytokin TGF-Beta, das für die beobachtete Hemmung der T-Zellproliferation verantwortlich sein könnte. Die Ergebnisse zeigen somit, dass die aus Knochenmarkvorläuferzellen generierten IL-4 Makrophagen und M-CSF Makrophagen die Aktivierung naiver T-Lymphozyten hemmen. Diese Eigenschaft teilen sie sich mit IL-4 DC trotz deutlicher Unterschiede bei den Phänotypen dieser Zellen. Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen den Schluss zu, dass die aus hämatopoetischen Stammzellen des Knochenmarks hergestellten Dendritische Zellen und Makrophagen die Aktivierung naiver T-Lymphozyten effektiv hemmen. Der Mechanismus, wie dieser hemmende Effekt vermittelt wird, ist zurzeit noch unbekannt und sollte in weiteren Arbeiten analysiert werden. Von grundlegender Bedeutung wäre der erfolgreiche Nachweis, dass diese Zellen ungewollte Immunantworten antigen¬spezifisch hemmen. / Immune cells with suppressive or regulatory properties appear very attractive for selective suppression of unwanted immune responses, occurring for example after transplantation. In previous studies, we showed that immunoregulatory dendritic cells can be generated from rat bone marrow haematopoietic precursor cells with GM-CSF and IL-4 (so-called IL-4 DC). In the present study, bone marrow derived macrophages generated in the presence of M-CSF plus IL-4 (IL-4 macrophages) were compared to IL-4 DC in view of their phenotype and immunological functions. M-CSF macrophages generated with M-CSF alone were used as controls. In contrast to mature splenic dendritic cells (mDC), M-CSF macrophages, IL-4 macrophages and IL-4 DC were not able to activate naïve T lymphocytes in vitro. Moreover, used as competitor cells, a dose-dependent suppression of mDC-stimulated allogeneic T cell activation was observed. At a cell ratio of 1:1 (IL-4 macrophages:mDC), IL-4 macrophages induced a suppression rate of 96%. M-CSF macrophages and IL-4 DC demonstrated similar effects at the same cell ratio. It is not clear how the cells mediated the suppressive effect, but this study presents evidence for both a cell surface mediated mechanism and a mechanism mediated by soluble factors. Flow cytometric, immunohistochemical and real time PCR analysis demonstrated a unique phenotype for IL-4 macrophages and M-CSF macrophages. Their surface expression of CD80 and CD86 was lower in comparison to the expression found on IL-4 DC whose surface expression of costimulatory molecules was reduced in comparison to mDC as shown in previous studies. Therefore, insufficient costimulation could be the reason for the observed inability of the three subsets to activate naïve T lymphocytes. All three subsets were positive for MHC I and CD40, and additionally, IL-4 macrophages and IL-4 DC were clearly positive for MHC II. T lymphocytes co-cultured with IL-4 macrophages, M-CSF macrophages or IL-4 DC, demonstrated a minimal proliferation when subsequently restimulated with mDC. This indicates that IL-4 macrophages, M-CSF macrophages and IL4-DC induced a stable hyporesponsiveness (anergy) in these T lymphocytes, which is probably due to the insufficient costimulation. Moreover, a marginally increased rate of apoptosis was detected in T lymphocytes collected from the competition assays with IL-4 macrophages, M-CSF macrophages and IL4-DC in contrast to T lymphocytes cultured alone or with mDC during the competition assays. Soluble inhibitory factors secreted by IL-4 macrophages, M-CSF macrophages or IL-4 DC could also play a role in T cell suppression. Supernatant of one million M-CSF macrophages, IL-4 macrophages and IL-4 DC collected after 24h of culture suppressed mDC-induced T cell proliferation with a suppression rate of 81-85%. The suppressive effect of the supernatant collected after 48h was even stronger with a suppression rate of 90-100%. As shown in ELISA and real time PCR analysis, IL-4 macrophages, M-CSF macrophages and IL4-DC expressed the immunoinhibitory cytokine TGF-beta that might be involved in T cell suppression. In conclusion, these results show that the bone-marrow derived IL-4 macrophages and M-CSF macrophages suppress the activation and proliferation of naïve T lymphocytes. They share this feature with the bone marrow derived IL-4 DC despite different phenotypes. The results of this study indicate that dendritic cells and macrophages derived from haematopoietic stem cells of the bone marrow share the same suppressive properties. The mechanism how these cells mediate their suppressive effect is still unknown and should be analysed in further studies. In this context, these cells should be able to suppress unwanted immune responses in an antigen specific manner.

Stuttgart, Univ., Diss., 2000.

Regensburg, Univ., Diss., 2005.

München, Techn. Univ., Diss., 2004.