Phänotypische Charakterisierung humaner Monozyten von Blutspendern mit chronischer Toxoplasmose und nicht-infizierten Kontrollen

Phenotypic characterization of human monocytes from blood donors with chronic toxoplasmosis and non-infected controls

von Hauke Gerhard Ehmen
Dissertation
Datum der mündl. Prüfung:2020-11-17
Erschienen:2020-11-13
Betreuer:Prof. Dr. Carsten Lüder
Gutachter:Prof. Dr. Tobias Legler
Gutachter:Prof. Dr. Martin Oppermann
Zum Verlinken/Zitieren: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-8297

 

 

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Zusammenfassung

Englisch

The globally distributed parasite Toxoplasma gondii (T. gondii) is an obligatory intracellular protozoan and the infectious agent of toxoplasmosis in humans and animals. Humans become regularly infected by ingestion of undercooked meat from chronically infected livestock, or by uptake of infectious oocysts from the environment. The subsequent infection is mostly asymptomatic in immunocompetent individuals. Robust cell-mediated immune responses commonly control T. gondii parasitemia, and only a few slowly dividing bradyzoites remain unrecognized within tissue cysts, which is known as chronic toxoplasmosis. However, toxoplasmosis can lead to severe disease in immunocompromised patients and pre- or postnatal after infection in utero. The impact of chronic Toxoplasma infections on cells of the innate immune system in humans is largely unknown. In this study the phenotype of human monocytes was therefore investigated depending on the T. gondii serostatus and after in vitro infection with the parasite. Results show that T. gondii-seropositive blood donors compared to seronegative controls expressed significantly less CD16 on monocytes, but this did not lead to a significant shift between “classical”, “intermediate” and “non-classical” monocyte subpopulations. However, percentages of CD62L-positive or CD64-positive monocytes was significantly lower and higher, respectively, in chronically infected toxoplasmosis patients than in seronegative controls. Chronically infected individuals also expressed higher mRNA levels of the pro-inflammatory cytokine IL-12, which may indicate an increased propensity for inflammatory responses. In vitro infection of monocyte-enriched PBMCs with T. gondii led to a strong expansion of the “classical” monocytes among monocytes from both seropositive and seronegative individuals despite simultaneous inhibition of CD14 expression. Percentages of “intermediate” and “non-classical” monocytes were accordingly decreased after in vitro infection. Remarkably, expression of the chemotaxis receptor CCR2 on human monocytes was almost completely inhibited after in vitro infection. As expected, a shift from mRNA of anti-inflammatory IL-10 to mRNA of pro-inflammatory IL-12 could be shown after an in vitro infection with T. gondii, and this appeared to be more pronounced in chronically infected individuals as compared to negative control individuals. Together, the results for the first time indicate specific changes in the reaction as well as in the phenotype of human monocytes during chronic infection with T. gondii.
Keywords: Toxoplasma gondii; T. gondii; monocytes; FACS; parasitology; toxoplasmosis; peripheral human monocytes; CD16; PBMC; chronic toxoplasmosis; immune response; monocyte subpopulations; IL-12; IL-10; TNF-alpha; CD14; quantitative reverse transcriptase-PCR; monocyte subsets; cytokines; surface markers; chronic infection

Deutsch

Der weltweit vorkommende Parasit Toxoplasma gondii (T. gondii) ist ein obligat intrazellulär lebendes Protozoon und Infektionserreger der Toxoplasmose von Mensch und Tier. Der Mensch infiziert sich meist über unzureichend gegartes Fleisch chronisch-infizierter Zwischenwirte oder über die Aufnahme infektiöser Oozysten aus der Umwelt. Die Infektion verläuft beim Immunkompetenten meist asymptomatisch. Durch eine robuste zellvermittelte Immunantwort wird die Parasitämie mit T. gondii in der Regel beendet und wenige Parasiten verbleiben als sich langsam-teilende Bradyzoiten in Gewebszysten im Wirt zurück, was als chronische Toxoplasmose bezeichnet wird. Die Toxoplasmose kann jedoch schwerwiegende Schäden beim Immungeschwächten und prä- oder postnatal nach Infektion in utero verursachen. Der Einfluss von chronischen Toxoplasma-Infektionen auf Zellen des angeborenen Immunsystems des Menschen ist weitgehend unbekannt. Daher wurde in dieser Arbeit der Phänotyp humaner Monozyten in Abhängigkeit vom T. gondii-Serostatus und nach in vitro-Infektion mit dem Parasiten untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass T. gondii-Seropositive im Vergleich zu seronegativen Personen deutlich weniger CD16 auf Monozyten exprimierten, es jedoch zu keiner signifikanten Verschiebung zwischen den „klassischen“, „intermediären“ und „nicht-klassischen“ Monozytensubpopulationen kam. Allerdings war der Anteil CD62L-positiver Monozyten in chronisch-infizierten Personen signifikant niedriger und der von CD64-positiven Monozyten signifikant höher als bei seronegativen Individuen. Gleichzeitig wiesen chronisch-infizierte Individuen höhere mRNA-Level des pro-inflammatorischen Zytokins IL-12 auf, was auf eine höhere Inflammationsbereitschaft hinweist. In vitro-Infektionsversuche mit T. gondii führten unabhängig vom T. gondii-Serostatus zu einer starken Expansion der „klassischen“ Monozyten trotz gleichzeitig verminderter Expression von CD14. Der Anteil von „intermediären“ und „nicht-klassischen“ Monozyten nahm dementsprechend nach in vitro-Infektion mit T. gondii ab. Gleichzeitig war unter dieser Infektion die Expression des Chemotaxis-Rezeptors CCR2 auf humanen Monozyten nahezu vollständig unterdrückt. Erwartungsgemäß verschob sich nach in vitro-Infektion mit T. gondii auf Zytokin-mRNA-Ebene die Menge von anti-inflammatorischem IL-10 zu pro-inflammatorischem IL-12, wobei dieser Effekt bei chronisch-infizierten Individuen ausgeprägter war als bei seronegativen Individuen. Zusammenfassend konnten in dieser Arbeit erstmalig Veränderungen sowohl im Reaktionsverhalten als auch im Phänotyp humaner Monozyten durch eine chronische Infektion mit T. gondii beschrieben werden.
 
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