Beeinflussung des Verlaufs von ZNS-Infektionen in immundefizienten Mäusen durch Immunstimulanzien
Immunostimulation influences the course of CNS infections in immunocompromised mice
by Tanja Meister
Date of Examination:2013-11-27
Date of issue:2013-10-30
Advisor:Prof. Dr. Roland Nau
Referee:Prof. Dr. Alexander Flügel
Referee:Prof. Dr. Patricia Virsik-Köpp
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Name:Dissertation_Tanja Meister.pdf
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Format:PDF
Description:Dissertation
Abstract
English
Escherichia coli is the leading cause of Gram-negative meningitis in infants and can also cause meningitis and meningoencephalitis in old and immunocompromised patients. In this doctoral thesis we studied the contribution of circulating neutrophils to the resistance of the host (adult mice) against an intracerebral infection with Escherichia coli K1. For this purpose, adult mice were depleted of CD11b+Ly-6G+Ly-6Cint neutrophils by administration of the anti-Ly-6G monoclonal antibody (mAb). Neutrophil depletion led to higher bacterial titers in cerebellum and spleen and higher mortality compared to isotype-treated mice. We also investigated the role of two important Toll-like receptor 4 signaling pathways in the protection of the brain against Escherichia coli meningoencephalitis. Therefore, we used MyD88-deficient and TRIF-deficient mice . Deficiency in the MyD88-adapter-protein reduced dramatically the survival of the animals while deficiency in the TRIF-adapter-protein caused no reduction of the survival compared to wild-type mice. Taken together, the results showed that both the MyD88-pathway and neutrophils are important players in the immune defense during Escherichia coli meningitis. Different reports have shown that pre-treatment with CpG ODN protects mice against different systemic infections (Elkins et al. 1999; Barrier et al.2006). Here, we investigated whether the prophylactic treatment with CpG ODN could also protect mice against an experimental infection of the central nervous system (CNS). We injected intracerebrally Escherichia coli K1 to immunocompetent, TLR9-deficient and mice that were depleted for neutrophils after administration of the anti-Ly-6G mAb. Three days before infection, mice received a single intraperitoneal injection of either 100 µg CpG ODN or buffer. We showed that pre-treatment with CpG ODN reduced the mortality of Escherichia coli K1 infected neutropenic mice from 66 % to 23 % (p = 0.0002, log-rank-test). Furthermore, CpG ODN-treated mice showed lower bacterial titers in cerebellum and spleen compared to buffer-treated mice (p = 0.01 and p = 0.04, Mann-Whitney-U-test). Mortality of CpG ODN-treated immunocompetent mice was slightly lower compared to the buffer-group, but it did not reach statistical significance. TLR9-deficient mice were not protected by prophylaxis with CpG ODN. Our results show that prophylactic treatment with CpG ODN is not only beneficial against a systemic infection but also increases the resistance of neutropenic mice against a CNS-infection caused by Escherichia coli. Therefore, CpG ODN could be used to increase the resistance of neutropenic patients to Escherichia coli meningoencephalitis thereby protecting them against a severe progress of the infection and disease complications.
Keywords: CpG; CpG ODN; Escherichia coli meningitis
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Escherichia coli ist eine der Hauptursachen von Meningitis und Meningoencephalitis in älteren und immunsupprimierten Patienten sowie von der durch Gram-negative Bakterien verursachten Meningitis bei Säuglingen. In der vorliegenden Arbeit untersuchten wir den Beitrag der neutrophilen Granulozyten und der TLR-Signalkaskade zur Resistenz adulter Mäuse gegen eine intrazerebrale Escherichia-coli-K1-Infektion, anhand von Mäusen, deren neutrophile Granulozyten durch den Anti-Ly-6G-Antikörper depletiert wurden sowie mit Hilfe von MyD88-defizienten und TRIF-defizienten Mäusen. Ein Mangel an MyD88-Adapter-Proteinen reduzierte dramatisch das Überleben der Tiere, während das Fehlen von TRIF-Adapter-Proteinen keine Einschränkung im Überleben nach sich zog im Vergleich zu den Wildtypmäusen. Die Depletion der neutrophilen CD11b+Ly-6G+Ly-6Cint-Granulozyten durch intraperitoneale Injektion des Anti-Ly-6G-Antikörpers führte zu höheren bakteriellen Titern im Kleinhirn und in der Milz und schließlich zu einer erhöhten Letalität im Vergleich zu den mit dem Isotyp behandelten Mäusen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass der den Toll-like-Rezeptoren nachgeschaltete MyD88-Signalweg und die neutrophilen Granulozyten wichtige Elemente in der Immunabwehr während der Frühphase einer Escherichia-coli-Meningitis sind.
Wie bereits in verschiedenen Experimenten gezeigt wurde, können CpG-ODNs Tiere vor verschiedenen Infektionen schützen (Elkins et al. 1999; Barrier et al.2006). Vor diesem Hintergrund prüften wir, ob eine prophylaktische Behandlung mit CpG-ODN ebenfalls vor einer experimentell erzeugten Infektion des Zentralen Nervensystems schützt.
Dazu wurden Mäuse, denen mit Hilfe des Anti-Ly-6G-Antikörpers eine Neutropenie induziert wurde, sowie immunkompetente Mäuse und TLR9-defiziente Mäuse jeweils intrakraniell mit Escherichia coli K1 infiziert. Drei Tage vor der Infektion bekamen die Mäuse der CpG-Gruppen eine einmalige intraperitoneale Injektion von 100 μg CpG-ODN.
Hierbei zeigte sich, dass die Behandlung mit CpG-ODN die Letalität nach einer intrazerebralen Infektion von 66 % auf 23 % bei den neutropenischen Mäusen senkte (P = 0,0002, Log-Rank-Test). Zusätzlich wiesen die mit CpG-ODN behandelten Mäuse 42 Stunden nach Infektion geringere bakterielle Titer im Kleinhirn und in der Milz auf, als es in den mit Puffer behandelten Tieren der Fall war (P = 0,01 und P = 0,04, Mann-Whitney-U-Test). In den immunkompetenten Mäusen war die Letalität der mit CpG-ODN behandelten Mäuse leicht niedriger im Vergleich zur Puffergruppe, es konnte jedoch kein statistisch signifikanter Unterschied gefunden werden. TLR9-defiziente Mäuse erhielten keinen schützenden Effekt durch die prophylaktische Behandlung mit CpG-ODN.
Dies zeigt, dass die prophylaktische Behandlung mit CpG-ODN nicht nur während einer systemischen Infektion einen Vorteil bringt, sondern ebenfalls die Resistenz von neutropenischen Mäusen gegen eine ZNS-Infektion mit Escherichia coli erhöht.
Somit könnte CpG-ODN in Zukunft ein Mittel bieten, um neutropenische Patienten prophylaktisch vor einer Escherichia-coli-K1-Meningitis zu schützen und ihnen somit schwere Verlaufsformen und Komplikationen der Krankheit zu ersparen.
Schlagwörter: CpG; Escherichia-coli-K1-Meningitis