Aspergillus fumigatus (A. fumigatus) ist der häufigste Erreger der invasiven Aspergillose, welche vornehmlich immunsupprimierte Patientinnen und Patienten betrifft und mit einer hohen Letalität einhergeht. Zur Entwicklung neuer diagnostischer sowie therapeutischer Ansätze ist ein besseres Verständnis der Interaktion von A. fumigatus mit dem humanen Immunsystem zwingend erforderlich. Zur Erforschung dieser Interaktion werden häufig Mausmodelle herangezogen, welche aufgrund der unterschiedlichen Biologie des Wirts jedoch nicht direkt übertragbar sind. Ziel dieser Studie war es, einen funktionellen in vitro Vergleich zwischen humanen und murinen Makrophagen, neutrophilen Granulozyten (PMNs) und dendritischen Zellen (DCs) in ihrer Interaktion mit A. fumigatus Konidien, Keimschläuchen sowie depletiertem Zymosan zu erstellen, um eine bessere Beurteilung und Übertragbarkeit des Mausmodells bei der invasiven Aspergillose zu ermöglichen. Dabei wurden die verschiedenen Zellen des Immunsystems auf standardisierte und reproduzierbare Weise generiert und Stimulationsversuche durchgeführt.
Hierbei zeigten humane und murine Zellen in vitro eine unterschiedliche Antwort auf die Stimulation mit A. fumigatus: Murine Makrophagen und neutrophile Granulozyten zeigten im Vergleich zu den humanen Zellen eine stärkere primäre Immunantwort mit einer vermehrten Ausschüttung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS). Humane DCs hingegen, welche als Bindeglied zwischen angeborenem und adaptivem Immunsystem fungieren, zeigten nach Stimulation mit A. fumigatus eine vermehrte Oberflächenexpression von Maturationsmarkern sowie eine höhere Phagozytoserate als die murinen DCs. Weiterhin konnte eine inverse Dectin-1-Expression auf humanen und murinen DCs nach Stimulation mit A. fumigatus nachgewiesen werden. Es konnte gezeigt werden, dass es für alle untersuchten Zelltypen Unterschiede zwischen humanen und murinen Zellen in der basalen und der Zytokinausschüttung nach Stimulation mit A. fumigatus gab.
In Zusammenschau der Ergebnisse dieser Arbeit zeigt das murine Immunsystem eine stärkere angeborene Immunantwort mit vermehrter ROS-Ausschüttung, jedoch auch eine anti-inflammatorische Zytokinantwort, um möglicherweise eine überschießende Inflammation zu verhindern. Dies könnte durch die stärkere Exposition der Maus gegenüber A. fumigatus durch den bodennahen Lebensraum sowie ihrer kurzen Lebensdauer bedingt sein. Im humanen System kommt hingegen der Aktivierung des adaptiven Immunsystems über die DCs eine übergeordnete Rolle zu. So zeigen beide Spezies distinkte Unterschiede in ihrer in vitro Immunantwort gegenüber A. fumigatus, welche bei der Übertragung von experimentellen Daten von der Maus auf den Menschen beachtet werden sollten. / Aspergillus fumigatus (A. fumigatus) is the main causative organism of invasive aspergillosis which occurs almost exclusively in immunocompromised patients and is still associated with a high lethality. For the development of new diagnostic and therapeutical approaches a better understanding of the in vitro interaction of human and murine innate immune cell populations with A. fumigatus is urgently needed. To study host-pathogen interactions mice are frequently used as infection model. However, little is known about functional differences in the innate immune response of human and murine cell populations in the pathogenesis of invasive aspergillosis. Therefore, the aim of our study was to conduct a functional and highly standardized comparison of human and murine macrophages, polymorphonuclear cells (PMNs) and dendritic cells (DCs) regarding their interaction with A. fumigatus conidia, germtubes and depleted zymosan to improve extrapolation from data achieved in mice experiments.
Human and murine innate immune cells displayed a differential behavior after the exposure to A. fumigatus. Murine macrophages and PMNs exhibited a significantly stronger release of reactive oxygen species (ROS) after exposure to A. fumigatus. Human DCs, which function as an important link between the innate and adaptive immune system, displayed a stronger cell surface expression of maturation markers after stimulation with A. fumigatus as well as a higher phagocytosis rate than their murine counterparts. Furthermore, human and murine DCs showed an inverse Dectin-1 surface expression after stimulation with A. fumigatus. Human and murine innate immune cells showed a differential basal as well as stimulated cytokine release.
Our data indicate that the murine immune system may have a stronger innate immune response after stimulation with A. fumigatus with an increased release of ROS. However, murine cells also showed a strong anti-inflammatory cytokine release to potentially inhibit excessive inflammation. This effect in mice might be due to the higher exposure to A. fumigatus caused by near-ground habitat as well as the shorter life span. In humans the activation of the adaptive immune system by activation of DCs seems to predominate. To summarize, immune cells of both species display distinct differences in their in vitro immune response after stimulation with A. fumigatus, which should be considered when conducting host-pathogen interaction studies in mice.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:26564 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Hellmann, Anna-Maria |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | deu |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.de, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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