Untersuchungen zur homöostatischen Regulation der neutrophilen Granulozyten im Mausmodell

Abstract

Neutrophile Granulozyten werden durch einen weitgehend unverstandenen homöostatischen Feedback-Mechanismus reguliert. Diese Regulation richtet sich nach dem Bedarf in der Peripherie. Es wird sozusagen nur die Anzahl an Neutrophilen produziert bzw. freigesetzt, die wirklich benötigt wird. Es ist schon lange bekannt, dass die Knochenmarkzellularität invers mit dem G-CSF-Spiegel korreliert. Allerdings ist der Mechanismus, der die Produktion mit der Freisetzung verbindet, noch unbekannt. In dieser Arbeit wird ein positiver Feedback-Mechanismus beschrieben, der mit einem Anstieg von G-CSF im Plasma und starken Verschiebungen auf der Ebene von myeloischen Knochenmarkprogenitorzellen und hämatopoetischen Stammzellen einhergeht. Nach Antikörper-vermittelter Depletion der Neutrophilen entsteht ein Anstieg der GMP-Population (Granulozyten/Makrophagen-Progenitoren) auf Kosten der MEP-Population (Megakaryozyten/Erythrozyten Progenitoren). Desweiteren findet man eine starke Expansion an hämatopoetischen Stammzellen, die in der sogenannten LSK-Population angereichert sind. Der Mechanismus ähnelt den beobachtbaren Veränderungen nach Gabe von rekombinantem G-CSF und ist in der Tat mit einem starken Anstieg des Plasma G-CSF assoziiert. Die hier gezeigten Daten unterstreichen die Kausalität des G-CSF Anstiegs (ein blockierener anti G-CSF Antikörper unterbindet komplett den Feedback). Der Mechanismus ist unabhängig von Lymphozyten, kommensalen Bakterien und dem Adaptorprotein MyD88. Vermittelt wird dieser Feedback-Mechanismus über TLR4 in einem MyD88-unabhängigen, dafür TRIF-abhängigen Signaltransduktionsweg.

Ein möglicher Sensor bei der Regulation der Neutrophilen-Homöostase für diesen regulatorischen Feedback-Mechanismus im steady-state nutzt also hoch konservierte pattern recognition Rezeptoren, die indirekt das Fehlen ausreichender Mengen von Granulozyten detektieren.

Polymorphonuclear neutrophil granulocytes represent the first line of immune response against invading pathogens. Neutrophil numbers are tightly controlled by an incompletely understood homeostatic feedback loop, which adjusts the bone marrow’s supply to peripheral needs. While it has long been known that bone marrow cellularity is inversely correlated with G-CSF (granulocyte colony stimulating factor) levels, the mechanism linking peripheral clearance to production remains unknown.

In this work, a positive feedback loop in response to neutropenia is described that includes an increase of G-CSF in plasma levels and shifts on hematopoietic progenitors and hematopoietic stem cells towards the granulocyte lineage in the bone marrow. Antibody-induced neutropenia in mice leads to an increase of granulocyte macrophage progenitors at the cost of megakaryocyte erythrocyte progenitors in the marrow. Additionally, the number of lin- Sca1+ c-kit+ cells (enriched with hematopoietic stem cells) expands, and plasma G-CSF goes up. In fact, the consequences of neutrophil depletion on the marrow level are comparable with the changes in mice that received recombinant human G-CSF. The positive feedback loop was found to be independent of lymphocytes, commensal bacteria and the adaptor protein MyD88. Instead, the above-mentioned phenomena are dependent on TLR4/TRIF signalling.

In conclusion, a possible sensor in the regulation of neutrophil homeostasis relies on highly conserved pattern recognition receptors indirectly sensing the consequences of reduced neutrophil levels.