Einfluss von Interleukin-17 Rezeptor E und Interleukin-17C auf die experimentelle Pneumokokken-Pneumonie

Abstract

Weltweit versterben jährlich Millionen Menschen an Infektionen der tiefen Atemwege. Insbesondere ältere Patienten erliegen an ambulant erworbenen Pneumonien, die in den meisten Fällen durch das Bakterium Streptococcus pneumoniae hervorgerufen werden. Um den Organismus vor dem Eindringen des Erregers hinreichend zu schützen, bedarf es einer differenzierten Immunantwort. Das Zytokin Interleukin-17C (IL-17C) und sein funktioneller Rezeptor Interleukin-17 Rezeptor E (IL-17RE) sind seit einigen Jahren Gegenstand intensivster Forschung. IL-17C wird dabei eine modulatorische Funktion in der angeborenen, epithelialen Abwehr zugesprochen. Welche Rolle die IL-17C/IL-17RE-Achse bei der Pneumokokken-Pneumonie spielt, ist bislang jedoch ungewiss. Das Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss der IL-17C/IL-17RE-Achse auf die akute, durch S. pneumoniae hervorgerufene Pneumonie und die hieraus resultierende Entzündungsantwort anhand eines Mausmodells zu untersuchen. Es wurden IL-17RE (Il-17re-/-)- und IL-17C (Il-17c-/-)-defiziente sowie Wildtyp (WT)-Mäuse intranasal mit S. pneumoniae infiziert und über einen Zeitraum von 78 Stunden hinsichtlich des Ausmaßes der Entzündung analysiert. Die Infektion der Lunge mit S. pneumoniae führte zu einer gesteigerten pulmonalen Expression von IL-17C, IL-17RE, IL-17A und IL-17D. Es zeigte sich, dass die Defizienz sowohl für IL-17RE als auch für IL-17C zu einem signifikant reduzierten Einstrom neutrophiler Granulozyten in die Lunge führte. Dies ging mit einer signifikant verminderten Bildung des Zytokins granulocyte-colony stimulating factor (G-CSF) und einer signifikant verringerten Anzahl von tumor necrosis factor α (TNF-α) – positiven Zellen einher. Sowohl bei WT- als auch bei Il-17c-/-- und Il-17re- /--Mäusen kam es innerhalb der ersten 24 Stunden nach der Infektion zu einem starken Absinken der Anzahl an Alveolarmakrophagen. 72 h nach Infektion lag die Anzahl an Alveolarmakrophagen etwas über dem Niveau uninfizierter Mäuse. Die bakterielle Klärung unterschied sich nicht wesentlich zwischen Il-17re-/--, Il-17c-/-- und WT-Mäusen. Gleiches galt für die Anzahl der neutrophilen Granulozyten im Blut. Der Anteil an granulocyte-monocyte progenitors (GMPs) und mesenchymal progenitor cells (MPCs) war bei Il-17re-/--Mäusen reduziert. Ergänzend dazu wurde der Einfluss von IL-17C auf murine Alveolarmakrophagen untersucht. In ex vivo Experimenten erfolgte die Stimulation mit S. pneumoniae und IL-17C. Die Zytokinsekretion der Alveolarmakrophagen blieb dabei unter IL-17C Ko-Stimulation unverändert. Um zu klären, ob der Verlust von IL-17RE die Phagozytoseaktivität von Alveolarmakrophagen beeinflusst, wurden entsprechende Zellen aus WT- und Il-17re-/--Tieren isoliert und in vitro mit fluoreszierenden Mikrosphären inkubiert. In der anschließenden durchflusszytometrischen Analyse konnten keine Unterschiede in den Phagozytoseraten beider Gruppen gemessen werden.

Die vorliegende Arbeit zeigt auf, dass die Rekrutierung neutrophiler Granulozyten während der Pneumokokken-Pneumonie von IL-17C und IL-17RE vermittelt wird, ohne dabei Einfluss auf die Aktivität und Erholung der Alveolarmakrophagen zu nehmen. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die IL-17C/IL-17RE-Achse den pulmonalen Entzündungsprozess bei S. pneumoniae Infektion reguliert. Für die Therapie und den Verlauf von ambulant erworbenen Pneumonien könnte dieser Zusammenhang von Bedeutung sein.

Impact of interleukin-17 receptor E and interleukin-17C on the experimental pneumococcal pneumonia Millions of people worldwide still die from lower respiratory tract infections every year. Particularly elderly patients suffer from community acquired pneumonia, commonly caused by the bacterium of Streptococcus pneumoniae. To protect the host from invading pathogens, a differentiated immune response is needed. The cytokine of interleukin-17C (IL-17C) and its functional receptor interleukin-17 receptor E (IL-17RE) are subjects of intense research for several years. Modulatory effects on the innate epithelial immunity are attributed to IL-17C. Nevertheless, the function of the IL-17C/IL-17RE-axis in pneumococcal pneumonia remains unclear. The aim of this doctoral thesis was to examine the influence of the IL-17C/IL-17RE-axis on the acute pneumonia caused by S. pneumoniae and to investigate the resulting inflammatory response by using a murine model. IL-17RE (Il-17re-/-)- and IL-17C (Il-17c-/-)-deficient as well as wildtype (WT) mice were intranasally infected with S. pneumoniae and subsequently analysed over a period of 78 hours in regard to their inflammatory scale. The infection of the lung resulted in an increased pulmonary expression of IL-17C, IL-17RE, IL-17A and IL-17D. The deficiency of both IL-17RE and IL-17C appeared to reduce neutrophil granulocyte influx in the lung significantly. Furthermore, the production of the cytokine granulocyte-colony stimulating factor (G-CSF) and number of tumor necrosis factor α (TNF-α) - positive cells were significantly decreased in IL-17RE deficient animals. Both in WT- and Il-17c-/-- as well as Il-17re-/-- mice alveolar macrophage count declined during the first 24 hours after infection, recovering completely 72 hours after infection. Bacterial clearance did not differ between Il-17re-/--, Il- 17c-/-- and WT-mice. Moreover, no differences in neutrophil blood count were detectable. The fraction of granulocyte-monocyte progenitors (GMPs) and mesenchymal progenitor cells (MPCs) was reduced in Il-17re-/--mice. Complementary the effects of IL-17C on murine alveolar macrophages were studied. Ex vivo trials were performed, stimulating cells with S. pneumoniae and IL-17C. Whereas alveolar macrophage cytokine secretion did not change under IL-17C costimulation. To clarify if the absence of IL-17RE has an impact on the phagoctosis activity of alveolar macrophages, cells have been isolated from WT- and Il-17re-/--mice. After incubation with fluorescent particles in vitro, flowcytometric analysis has been conducted. However, no differences in phagocytosis rate between both groups were notable. The results of this thesis show that neutrophil granulocyte recruitment during pneumococcal pneumonia is mediated by IL-17C and IL-17RE without affecting the activity nor recovery of alveolar macrophages. These findings suggest that the IL-17C/IL-17RE-axis regulates the pulmonal inflammation process within S. pneumoniae infection. This could be crucial for the therapy and progression of community acquired pneumonia.