Untersuchung der Auswirkung der postnatalen Erhöhung des Sauerstoffpartialdrucks und eines Fehlens des Transkriptionsfaktors hypoxia-inducible factor 1 alpha (HIF-1α) auf myeloide Suppressorzellen (MDSC) beim Neugeborenen

Abstract

Das neonatale Immunsystem ist besonders anfällig für Infektionen. Vor der Geburt ist die wichtigste Anforderung an das Immunsystem des Fetus, sich vor einer Abstoßung durch mütterliche Immunzellen zu schützen. Postnatal werden Neugeborene mit unzähligen Mikroorganismen konfrontiert, von denen manche abgewehrt werden müssen, während andere die Körperoberfläche als Mikrobiom besiedeln. Wie die immunologische Umstellung vom intrauterinen zum extrauterinen Zustand reguliert wird, ist nur unvollständig verstanden. Myeloide Suppressorzellen (MDSC) sind Immunzellen, die andere Immunzellen inhibieren können. Neugeborene weisen im Vergleich zu gesunden Erwachsenen viel höhere Zahlen von MDSC auf und es konnte bereits gezeigt werden, dass MDSC des Neugeborenen Infektionen und Inflammationsreaktionen in der Neonatalperiode regulieren. Bei der Aktivierung von Immunzellen spielt Hypoxie bzw. der Transkriptionsfaktor HIF-1α eine Rolle. Auch MDSC können durch Hypoxie bzw. HIF-1α beeinflusst werden. Intrauterin leben Feten in einer hypoxischen Umgebung und postnatal adaptieren sie sich an einen höheren Sauerstoffpartialdruck (pO2). In dieser Arbeit sollte untersucht werden, welche Rolle die Interaktion von MDSC und Hypoxie bzw. HIF-1α für die Immunadaptation des Neugeborenen spielt. Zur funktionellen Analyse von neonatalen MDSC unter hypoxischen und normoxischen Bedingungen wurden in vitro Kulturversuche mit mononukleären Zellen aus dem Nabelschnurblut von reifen Neugeborenen durchgeführt. Dabei wurde die Expression verschiedener Oberflächenmoleküle, Effektormechanismen und die T-Zell-suppressive Kapazität von MDSC nach Kultur in Normoxie oder Hypoxie durchflusszytometrisch analysiert. Im zweiten Teil des Projektes wurde der Effekt eines Fehlens von HIF-1α in myeloiden Zellen auf die Akkumulation von MDSC und die Immunzellkomposition im Darm während der Neonatalperiode in einem in vivo-Modell untersucht. Hierzu wurden Immunzellen aus neugeborenen Wildtyp-Mäusen und Mäusen mit konditionellem Knockout des Transkriptionsfaktors HIF1α in der myeloiden Zellreihe (myHIF1α KO) isoliert und durchflusszytometrisch analysiert. In den in vitro-Versuchen zeigte sich, dass die Apoptoseraten von GR-MDSC durch den pO2 nicht beeinflusst wurden. Sowohl die Expression von co inhibitorischen Oberflächenmolekülen als auch die Expression von Effektormechanismen wurde durch die verschiedenen Kulturmethoden etwas verändert, während die T-Zell-suppressive Kapazität von GR-MDSC aus dem Nabelschnurblut unbeeinflusst blieb. Die in vivo-Versuche zeigten, dass ein myHIF1α-KO bei neugeborenen Mäusen am ersten Lebenstag sowohl systemisch als auch lokal im Darm zu einer verminderten Akkumulation von MDSC und insbesondere GR-MDSC führte. Mäuse mit myHIF1α-KO zeigten eine veränderte intestinale Immunzellkomposition und zeigten Hinweise auf eine verstärkte Aktivierung intestinaler T-Zellen. MDSC aus Nabelschnurblut scheinen zwar an einen niedrigen Sauerstoffpartialdruck adaptiert zu sein, jedoch lässt sich aus den Ergebnissen nicht ableiten, dass der postnatale Anstieg des pO2 einen relevanten Einfluss auf die Funktion von MDSC hat. In den in vivo-Versuchen zeigte sich, dass die Akkumulation von MDSC durch einen defekten HIF-1α-Signalweg beeinträchtigt wurde und dass dies mit einer veränderten Immunzellkomposition und insbesondere mit einer vermehrten Aktivierung von T-Zellen im Darm der Jungtiere einherging. Die in vivo-Daten deuten darauf hin, dass HIF-1α eine Bedeutung für die Regulation der Funktionen von MDSC beim Neugeborenen hat und dass MDSC die Immunreaktion im Rahmen der Etablierung des Mikrobioms beeinflussen.