Charakterisierung der Interaktion von Streptococcus pneumoniae mit humanem Endothel

Lüttge, Melanie

Bakterien der Art Streptococcus pneumoniae (Pneumokokken) können schwere invasive Erkrankungen wie Pneumonie oder Sepsis verursachen. Die Transmigration der Luft-Blut-Schranke führt zur Dissemination der Pneumokokken im vaskulären System. In dieser Arbeit wurde die Interaktion von Pneumokokken mit primären, humanen, mikrovaskulären Lungenendothelzellen (HPMEC) charakterisiert. In in-vitro-Zellkulturinfektionsexperimenten und immunfluoreszenzmikroskopischen Analysen konnte die Adhärenz und Internalisierung eines Pneumokokken-Wildtyps und einer Pneumolysin-defizienten Mutante in HPMEC gezeigt werden. Mikroarray-Analysen demonstrierten die signifikante Änderung in der Genexpression von Pneumokokken-infizierten HPMEC im Vergleich zu nicht-infizierten HPMEC. Schlüsselmoleküle der Hämostase und Entzündungsreaktion, wie z. B. von Willebrand Faktor (VWF) und Interleukin-8 (IL-8) werden in spezialisierten Organellen von Endothelzellen, den Weibel-Palade bodies (WPB), gespeichert. Die inverse Korrelation zwischen der Menge adhärenter Pneumokokken und der Menge WPB-positiver Zellen deutete auf eine Kontakt-abhängige WPB-Exozytose. In ELISA-Analysen konnte die Sekretion von VWF und IL-8 nach Infektion mit Pneumokokken vom Serotyp 35A und Serotyp 2, sowie nach Inkubation mit Pneumokokkenmembranproteinen quantifiziert werden. Zweikammer-Transwell-Analysen zeigten, dass sekretierte Pneumokokkenfaktoren die VWF-Sekretion stimulieren. In in-vitro-Inkubationsexperimenten mit Pneumolysin-defizienten Pneumokokken und rekombinantem Pneumolysin konnte nachgewiesen werden, dass sublytische Konzentrationen des Zytotoxins Pneumolysin die Sekretion von VWF und IL-8 induzieren. Die Sekretion von VWF und IL-8 der Lungenendothelzellen wurde sowohl nach Infektion von der apikalen, als auch von der basalen Zellseite gezeigt. Die Ergebnisse dieser Arbeit übermitteln ein detailliertes Verständnis der Interaktion von Pneumokokken mit dem humanen Lungenendothel im Verlauf einer invasiven Infektion.

Streptococcus pneumoniae (pneumococcus) causes invasive diseases such as pneumonia and septicaemia. The transmigration of the air-blood-barrier leads to the dissemination in the vascular system. This study demonstrates the interaction of pneumococci with primary human pulmonary microvascular endothelial cells (HPMEC). Adherence and internalization of S. pneumonia wildtype bacteria and a pneumococcal mutant deficient in the expression of pneumolysin were shown in in-vitro cell culture infection analysis and immunofluorescence microscopy. Microarray analyses monitored changes in gene expression of HPMEC induced by pneumococcal infections. The vascular endothelium is characterized by the presence of Weibel Palade bodies (WPB) as specialized intracellular storage granules for e. g. von Willebrand Factor (VWF) and interleukin-8 (IL-8). Double-label immunofluorescence staining after infection of HPMEC with pneumococci showed an inverse correlation between the number of adherent pneumococci and the amount of WPB-positive cells and provided strong evidence for pneumococcal contact-dependent WPB-exocytosis. ELISA analyses demonstrated that secretion of VWF and IL-8 was not only induced after infection with pneumococci serotype 35A and serotype 2 to confluent HPMEC but also after incubation of HPMEC with bacterial membrane proteins. Results from transwell-based infection analyses demonstrated that secreted pneumococcal factors induced VWF secretion. In-vitro cell culture infection analysis, performed with pneumolysin-mutants and purified pneumolysin showed that sublytical concentrations of the cytotoxin pneumolysin stimulated secretion of VWF and IL-8. The release of VWF and IL-8 was demonstrated after infection with pneumococci from the apical and the basal cell surface. In conclusion, this study provides a detailed understanding of interaction of pneumococci with human endothelium during the course of invasive infections.

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Lüttge, Melanie: Charakterisierung der Interaktion von Streptococcus pneumoniae mit humanem Endothel. 2011.

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