Dr. Jekyll und Mr. Hyde - Molekulare Antworten von humanen vaginalen Epithelzellen auf eine Infektion mit Candida albicans

Gremmer, Katja

C. albicans ist ein kommensaler Organismus, der im Gleichgewicht mit der menschlichen Immunabwehr, Haut und Schleimhäute besiedelt. Nur unter bestimmten Bedingungen löst er eine Infektion aus. Die molekularen Mechanismen, die dazu führen, dass der Pilz einen kommensalen Zustand hat und nicht infektiös ist, sind noch weitestgehend unbekannt. In dieser Arbeit wurde ein in vitro Infektionsmodell etabliert, in welchem vaginale Epithelzellen (A431) mit Candida albicans (SC5314) infiziert wurden. Als Vertreter des Immunsystems wurden humane Neutrophile (PMN) eingesetzt. Mit Hilfe dieses Modells wurden zeitabhängige Genexpressionsstudien an den Epithelzellen mit Microarraytechnik durchgeführt. Außerdem wurden die Zytokin- und Chemokin-Sekretion und die Rezeptorexpression mittels ELISA und FACS untersucht. In Abwesenheit der PMNs wurde in den Epithelzellen, während eines 12 stündigen Infektionszeitraums, die Expression nur weniger Gene reguliert. Keiner der Rezeptoren TLR2, TLR4 und Dectin 1, die für die Erkennung von Pilzen bekannt sind, wurde auf den Epithelzellen exprimiert. Von den untersuchten Zytokinen konnte lediglich IL-8 in geringen Konzentrationen detektiert werden. Die Zugabe von PMNs verstärkte die molekularen Antworten der Epithelzellen um ein Vielfaches. In den Epithelzellen wurde die Expression einer Vielzahl von immunmodulatorischen Genen, besonders von Zytokinen und Chemokinen, pattern recognition receptors und antimikrobiellen Peptiden reguliert. Dadurch, dass die Epithelzellen normalerweise keine PRRs exprimieren, werden bei einer kommensalen Besiedlung durch C. albicans auch keine Entzündungsreaktionen ausgelöst. Ein direkter Kontakt zwischen dem Pilz und PMNs ist nur dann möglich, wenn C. albicans die Epithelzellschicht penetriert hat. Dies stellt dann zugleich den Beginn einer Infektion dar. Die PMNs phagozytieren dann nicht nur die Hefe, sondern aktivieren auch die Epithelzellen, so dass diese weitere Immunantworten auslösen können.

Candida albicans is one of the most important opportunistic human fungal pathogens. As a commensal organism it colonizes skin and mucosa of the host and turns into a pathogen under predisposing conditions of the host. The relevant signal transduction cascades and regulatory mechanisms allowing the establishment of the commensal state and leading to the successful defense of an infection are still incompletely understood. We established an in vitro infection model, in which colonization of mucosa was represented by the incubation of human vaginal epithelial cells (A431) with Candida albicans (SC5314). The additional supply of neutrophils (PMNs) mimicked an active immune system. We performed time-course gene expression analysis of the epithelial cells, cytokine quantification by ELISA and epithelial cell-surface receptor analysis by flow cytometry. In the absence of PMNs the epithelial cells showed hardly any response to Candida albicans during an incubation period of up to 12 hours. This correlated with the observation that neither the toll-like receptors TLR2 or TLR4 nor Dectin1 were expressed to a detectable level. Among the cytokines we determined a low concentration only of interleukin-8. The addition of PMNs led to significant changes of the molecular responses of the epithelial cells. Microarray gene expression analysis showed the upregulation of various immunomodulatory genes. In particular the expression of cytokines, pattern recognition receptors and of antimicrobial peptides was upregulated. Thus, in the commensal state, epithelial cells hardly express pattern recognition receptors and do not recognize the presence of C. albicans. This avoids permanent inflammatory reactions of the host. C. albicans is in direct contact with PMNs only after penetration of the epithelial layer, which is the onset of the infection. PMNs eliminate the pathogen by phagocytosis and also activate epithelial cells to induce further immune defense reactions.

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Gremmer, Katja: Dr. Jekyll und Mr. Hyde - Molekulare Antworten von humanen vaginalen Epithelzellen auf eine Infektion mit Candida albicans. 2012.

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