Modulation der immunologischen Funktionen von dendritischen Zellen durch Yersinia enterocolitica

Abstract

Yersinia enterocolitica ist ein Gram-negatives Stäbchen das Durchfallerkrankungen, aber auch disseminierte Infektionen hervorruft. Nach Invasion ins Gewebe liegen die Yersinien ausschließlich extrazellulär vor. Für die Pathogenität von Yersinia enterocolitica sind eine Reihe von Virulenzfaktoren verantwortlich, unter anderem das plasmid-kodierte Typ 3 Sektretionssystem. Mit Hilfe der Virulenzfaktoren schaltet Yersinia enterocolitica das angeborene Immunsystem effektiv aus, wie die Lyse der Erreger durch das Komplementsystem, die Phagozytose durch neutrophile Granulozyten und Makrophagen. Dadurch spielt das erworbene Immunsystem eine wichtige Rolle bei der Elimination der Infektion von Yersinia enterocolitica. Die Produktion von proinflammatorischen Zytokinen wie IFN-gamma, TNF-alpha, IL-12 und IL-18 sowohl die Aktivierung von CD4 T-Zellen und Makrophagen sind essentiell für das Überwinden der Infektion mit Yersinia enterocolitica. Ob Yersinia enterocolitica auch Faktoren des erworbenen Immunsystems beeinflusst, war zu diesem Zeitpunkt noch nicht untersucht. Das Ziel der Arbeit war, zu untersuchen in wiefern wichtige immunologische Funktionen von dendritischen Zellen wie deren Reifung, Zytokinsekretion, Antigenaufnahme sowie T-Zell-Aktivierung durch Yersinia enterocolitica, in vitro, gehemmt oder beeinflusst werden. Die Ergebnisse zeigen, dass plasmidkodierte Faktoren von Yersinia enterocolitica die Fähigkeiten von maus dendritischen Zellen CD4 T-Zellen zu aktivieren verhindern. Dies ist auf folgende Mechanismen zurückzuführen: (i) YopP verhindert die Reifung der dendritischen Zellen, sowie (ii) deren Sekretion von proinflammatorischen Zytokinen. (iii) Des weiteren reduziert Yersinia enterocolitica die Antigenaufnahme von dendritischen Zellen, genauer YopP hemmt die Clathrin-vermittelte Endozytose durch die Inhibition von MAPKs, während andere Yops die Makropinozytose hemmen. (iv) YopP von Yersinia enterocolitica induziert den Zelltod von dendritischen Zellen. Zusammengefasst wurde in der Arbeit gezeigt, dass, zumindest in vitro, Yersinia enterocolitica die immunologischen Funktionen von dendritischen Zellen moduliert und somit dem erworbenen Immunsystem zu einem gewissen Teil ausweicht.

Yersinia enterocolitica is an enteric pathogen that causes enterocolitis, septicaemia or reactive arthritis. Yersinia enterocolitica is able to evade components of the innate immune system like phagocytosis by PMNs and lysis by complement by proteins encoded by the virulence plasmid pYV like the outer membrane protein YadA and secreted anti-host effector proteins (Yops). The production of the cytokines TNF-alpha, IL-12, IL-18, and IFN-gamma as well as the activation of CD4 T cells and macrophages are essential to control Yersinia infection. Whether Y. enterocolitica also affects adaptive immune responses was not yet known. The aim of this work was to investigate whether and how Y. enterocolitica affects the immunogenic properties of mouse DCs in vitro. The results demonstrate that plasmid-encoded pathogenicity factors of Y. enterocolitica completely abolish the ability of DCs to activated CD4+ T cells. Taking advantage of Y. enterocolitica mutant strains deficient for various Yops, it was demonstrated that particularly the secreted protein YopP accomplished the immune evasion of DCs by various effects: (i) Y. enterocolitica YopP induces cell death in mouse DCs. (ii) YopP inhibits maturation of DCs as demonstrated by reduced upregulation of MHC class II and costimulatory molecules and inhibition of cytokine release. (iii) Y. enterocolitica reduces antigen uptake in DCs by two different mechanisms: YopP inhibits clathrin-mediated endocytosis, most likely via the inhibition of MAPK; in addition, other not yet defined effector proteins of Y. enterocolitica reduce macropinocytosis. (iv) Y. enterocolitica also inhibits the activation of cathepsins, molecules involved in antigen degradation and MHC class II maturation, suggesting that effector proteins of Y. enterocolitica affect antigen processing in DCs. These results demonstrate that YopP is a multifunctional effector protein, which disturbs several cell functions required to mount adaptive immune responses. Moreover, the results show that analyses of molecular basis of microbial virulence factors reveal interesting insights into host cell functions and immune responses. Further studies will have to reveal the target proteins and mechanisms involved in YopP mediated cell death and inhibition of clathrin-mediated endocytosis. As these observations have been obtained by in vitro experiments, further studies will also have to elucidate whether by targeting the aforementioned functions of DCs Y. enterocolitica might actually contribute to subvert the adaptive immune defence mechanisms of the host in vivo.