Der ADAM17-vermittelte Einfluss von Pseudomonas aeruginosa auf Junktions- und Adhäsionsmoleküle in Lungenepithelzellen

Abstract

Die Migration von Leukozyten durch den epithelialen Zellverband spielt eine wichtige Rolle bei der Immunantwort im Rahmen einer durch Pseudomonas aeruginosa verursachten Pneumonie. Dabei beeinflussen Junktions- und Adhäsionsmoleküle die Adhäsionsfähigkeit von Leukozyten am Epithel sowie deren Transmigration durch den Zellverband erheblich. Einige dieser Moleküle wie L-Selektin, ICAM-1, VCAM-1 oder JAM-A sind Substrate von ADAM17 und unterliegen daher dem Ectodomain-Shedding durch die membranständige Protease. Dieser Prozess beschreibt die proteolytische Spaltung solcher Transmembranproteine nahe der Plasmamembran, welche zur Freisetzung von einzelnen Fragmenten in den extrazellulären Raum führt. Der generelle Aktivitätszustand von ADAM17 bestimmt somit das Vorliegen der Junktions- und Adhäsionsmoleküle in der Membran, die Generierung der löslichen Varianten, sowie die Permeabilität des Zellverbands. Das Hauptziel der vorliegenden Dissertation war die Untersuchung des ADAM17-vermittelten Einflusses von Pseudomonas aeruginosa auf die zellassoziierte Expression von Junktions- und Adhäsionsmolekülen in Lungenepithelzellen sowie der zellphysiologischen Konsequenzen. Die im Rahmen dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse zeigen, dass in vitro eine Infektion von A549-Epithelzellen mit Pseudomonas aeruginosa mit einer gesteigerten Aktivität von ADAM17 einhergeht. Mittels pharmakologischer Inhibitionsversuche und shRNA-vermittelter Geninaktivierung konnte gezeigt werden, dass diese bakteriell hervorgerufene Aktivitätssteigerung ein erhöhtes Ectodomain-Shedding des Junktionalen Adhäsionsmoleküls- A (JAM-A) bedingt. Des Weiteren geht dies mit einer reduzierten Adhäsionsfähigkeit von THP- 1 Zellen (als Leukozytenmodell) an Epithelzellen mit gesteigerter enzymatischer Aktivität von ADAM17 einher. Diese Aktivierung von ADAM17 führt zusätzlich zu einem verringerten Überleben der Epithelzellen nach Pseudomonaden-Infektion. Zusammenfassend kann somit gesagt werden, dass die Aktivierung von ADAM17 in alveolären Lungenepithelzellen nach einer Pseudomonaden-Infektion zu einem höheren Zellschaden und einer Zerstörung der epithelialen Barriere führt. Auf Basis dieser Ergebnisse wäre eine Inhibition von ADAM17 als Therapieoption während einer pulmonalen Infektion denkbar, was jedoch in weiterführenden translationalen Studien näher untersucht werden muss.

The migration of leukocytes through the epithelial cell layer plays an important role in the immune response in the context of pneumonia caused by Pseudomonas aeruginosa. Junctional and adhesion molecules significantly influence the ability of leukocytes to adhere to the epithelium and their transmigration through the cell layer. Some of these molecules such as L-selectin, ICAM-1, VCAM-1 or JAM-A are substrates of ADAM17 and are subjected to ectodomain-shedding by the transmembrane protease. This process describes the proteolytic cleavage of such transmembrane proteins near the plasma membrane, which leads to the release of individual fragments into the extracellular space. Thus, the activation status of ADAM17 thus determines the presence of junctional and adhesion molecules in the membrane, the generation of soluble variants and the permeability of the cell assembly. The main objective of this dissertation was to investigate the ADAM17-mediated influence of Pseudomonas aeruginosa on the cell-associated expression of junctional and adhesion molecules in lung epithelial cells and the cell physiological consequences. The results obtained in this study show that in vitro infection of A549 epithelial cells with Pseudomonas aeruginosa is associated with an increased activity of ADAM17. Using pharmacological inhibition experiments and shRNA-mediated gene inactivation, it was observed that this bacteria-induced increase in activity causes increased ectodomain- shedding of the junctional adhesion molecule A (JAM-A). Furthermore, this led to a reduced adhesion capacity of THP-1 cells (as a leukocyte model) to epithelial cells with increased enzymatic activity of ADAM17. This activation of ADAM17 also caused reduced survival of epithelial cells upon infection with Pseudomonas. In summary, activation of ADAM17 in alveolar lung epithelial cells after Pseudomonas aeruginosa infection led to increased cell damage and disruption of the epithelial barrier. Based on these results, inhibition of ADAM17 could be a conceivable therapeutic option during pulmonary infection, but this needs to be investigated in more detail in further translational studies.