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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-72685
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2015/7268/


Evaluierung des immuntherapeutischen Potentials eines Lipopeptidephosphoglykans aus Entamoeba histolytica

Evaluation of the immune therapeutical potential of a lipopeptidephosphoglycan from Entamoeba histolytica

Bernin, Hannah Stephanie

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SWD-Schlagwörter: Medizin , Parasit , Entamoeba histolytica , Immuntherapie , Geschlechtsunterschied
Freie Schlagwörter (Deutsch): Natürliche Killer T Zellen , Geschlechtsdimorphismus , Immunologie
Freie Schlagwörter (Englisch): Parasite , Natural Killer T cells , sex differences , immunology
Basisklassifikation: 42.36 , 44.45 , 44.52
Institut: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Lotter, Hannelore (PD Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 13.03.2015
Erstellungsjahr: 2014
Publikationsdatum: 02.04.2015
Kurzfassung auf Deutsch: Die Suszeptibilität gegenüber verschiedenen Infektionserregern unterscheidet sich zwischen Männern und Frauen. Begründet sind solch geschlechtsabhängige Divergenzen unter anderem in unterschiedlichen Expositionraten, aber auch genetische sowie hormonelle Faktoren können die Regulation protektiver Immunreaktionen beeinflussen. Ein Beispiel für einen ausgeprägten Geschlechtsdimorphismus ist der Amöbenleberabszess ausgelöst durch Entamoeba histolytica (E. histolytica). Männer sind häufiger von dieser Erkrankung betroffen als Frauen. Frauen können durch die IFNγ-Produktion invarianter Natürlichen Killer T (iNKT) Zellen die E. histolytica-Infektion besser kontrollieren. Auch in anderen Infektionserkrankungen sowie Autoimmun- und Tumorerkrankungen spielen iNKT Zellen eine wichtige Rolle. Zudem kann die Zytokinsekretion von iNKT Zellen durch Geschlechtshormone moduliert werden.
Im ersten Teil dieser Arbeit sollte untersucht werden, ob geschlechtsspezifische Unterschiede auch in Immunzellen von gesunden Probanden auftreten. Insbesondere in der Frequenz von iNKT Zellen und in ihrem Zytokinprofil nach Stimulation mit dem iNKT Zell-spezifischen Liganden E. histolytica Lipopeptidphosphoglykan (EhLPPG) aus der Membran von E. histolytica. Frauen wiesen in der Tendenz einen höheren Anteil an iNKT Zellen in ihrer Peripherie auf als Männer. Darüberhinaus produzierten iNKT Zellen weiblicher Probanden nach Stimulation größere Mengen an IFNγ, TNFα, IL-17A und IL-4 als iNKT Zellen männlicher Probanden. Auch iNKT Zellen weiblicher Tiere produzierten nach Stimulation größere Mengen an IFNγ und IL-17. Dies deutet darauf hin, dass sich Männer und Frauen in der Qualität ihrer Immunantwort unterscheiden und dies Auswirkungen auf Erkrankungen haben könnte.
Bei einigen Erkrankungen kommt es aufgrund immunmodulatorischer Vorgänge zu einer Immunantwort, die nicht in der Lage ist, eine Infektion oder Tumorerkrankung zu kontrollieren. Um eine adäquate Immunantwort zu induzieren bzw. eine vorhandene Immunantwort zu unterstützen, können immunstimulatorische Moleküle eingesetzt werden.
Im zweiten Teil dieser Dissertation wurde das immuntherapeutische Potential von EhLPPG untersucht. In einem in vitro Modell für die Leishmanien-Infektion von Makrophagen konnte gezeigt werden, dass eine EhLPPG-Behandlung allein, aber auch unter Zugabe von Milzzellen der prozentuale Anteil an infizierten Makrophagen sowie die Parasitenlast pro Makrophage gesenkt werden konnte. In einem in vivo Mausmodell für die kutane Leishmaniose führte die Injektion von EhLPPG zu einer verzögerten Zunahme der Fußschwellung und verlängerte die Zeit bis zum Auftreten einer Ulzeration und zeigte damit einen deutlichen therapeutischen Effekt.
In dieser Arbeit wurde zudem der Einfluss von EhLPPG auf Tumore überprüft. Die Applikation von autologen DC, aktiviert durch EhLPPG, führte in einem Mausmodell für das Mammakarzinom zu einer verlängerten Tumor-freien Überlebenszeit und geringerem Tumorwachstum. EhLPPG weist somit ein Potential als Immuntherapeutikum auf, indem es nicht nur zur Behandlung von intrazellulären Krankheitserregern sondern auch zur Behandlung von Tumoren eingesetzt werden könnte. Dieses Potential wird im Rahmen der Patentierung in Zukunft weiter analysiert werden. Hierbei ist insbesondere die Herstellung und Charakterisierung von synthetischen Analoga des EhLPPGs bedeutsam. Synthetische Moleküle können die Reproduzierbarkeit von Untersuchungsergebnissen zusätzlich noch durch erhöhte Reinheit der Präparation gegenüber nativen Molekülen verbessern. In dieser Arbeit konnten vier synthetische Analoga des EhLPPGs (EhPIa C30:1 cis, EhPIb C30:1 cis, EhPIb C30:1 trans und EhPIb C28:0) auf ihre iNKT Zell-stimulierenden Eigenschaften hin getestet werden. Alle vier Analoga induzierten IFNγ sowohl in murinen als auch humanen iNKT Zellen. Bisher zeigte das EhPIb C30:1 trans Analog in humanen iNKT Zellen die stärkste Stimulation. EhPIa C30:1 cis wies Unterschiede in der Stimulation von humanen und murinen iNKT Zellen auf. EhPIa C30:1 cis induziert in murinen iNKT Zellen im Vergleich zu humanen iNKT Zellen nur geringe Mengen an IFNγ. Zukünftig sollen strukturelle Modifikationen der EhPI Analoga die Aktivierung von iNKT Zellen optimieren. Inwiefern die Optimierung synthetischer Analoga die Wirksamkeit des nativen Moleküls ersetzen oder verbessern kann, ist Ziel weiterführender Untersuchungen.
Kurzfassung auf Englisch: Men and women differ in their susceptibility and response to different infectious diseases. Sex-specific divergences manifest in varying exposure rates, genetic and hormonal factors and may alter the regulation of protective immune reactions. The amebic liver abscess caused by the protozoan parasite Entamoeba histolytica (E. histolytica) exhibits a distinct sex dimorphism. Men are more prone to develop abscesses than women. In women, resistance against E. histolytica infection is mediated by IFNγ secreted by iNKT cells. iNKT cells are important for the control of other infectious diseases, autoimmune diseases and tumor diseases. Moreover, their cytokine secretion can be modulated by sex hormones.
In the first part of this thesis, we analyzed if healthy individuals exhibit sex-specific differences in their immune cell frequencies or cytokine profiles. Especially, the frequency of iNKT cells and their cytokine profile after stimulation with the iNKT cell-specific ligand E. histolytica lipopeptidphosphoglycan (EhLPPG), isolated from the membrane of E. histolytica, were examined. Women exhibited a trend towards higher iNKT cell counts in peripheral blood than men. In addition, iNKT cells of female individuals produce greater amounts of IFNγ, TNFα, IL-17A and IL-4 after stimulation in comparison to male individuals. Furthermore, also iNKT cells of female mice exhibit higher IFNγ and IL-17A concentrations than iNKT cells of male mice. This suggests that the quality of the mounted immune response during an infection can influence disease outcome and differs between men and women.
Occasionally immune responses are not able to control an infection due to inapproporate immune modulatory processes. Immune stimulatory molecules can help to initiate an appropriate immune reaction or enhance existing immune responses.
In the second part of this thesis, we examined the immune therapeutic potential of EhLPPG. In an in vitro model for Leishmania infection of macrophages we found that treatment with EhLPPG alone but also with additional spleen cells decreased the percentage of infected macrophages and parasite load per macrophage. In an in vivo model for cutaneous leishmaniasis EhLPPG injection led to delayed growth of foot pad lesions and elongated ulceration-free time, hence exhibiting obvious therapeutic effects.
Moreover, the influence of EhLPPG on tumor development was evaluated. Application of autologous DC activated with EhLPPG in an animal model for mammary carcinoma showed a prolonged tumor-free survival time and reduced tumor growth. These results indicate a potential for EhLPPG as an immune therapeutic drug for the treatment of tumors and will be further studied as part of a patent application. In particular, synthesis and characterization of synthetic analogs of EhLPPG will be analyzed. Synthetic molecules can increase reproducibility of study results and exhibit increased purity in comparison to native molecules.
Additionally, four synthetic analogs of EhLPPG (EhPIa C30:1 cis, EhPIb C30:1 cis, EhPIb C30:1 trans und EhPIb C28:0) were analyzed for their iNKT cell-stimulating properties. All four analogs induced IFNγ in murine and human iNKT cells. So far the EhPIb C30:1 trans analog induced the strongest stimulation in human iNKT cells. EhPIa C30:1 cis stimulated murine and human iNKT cells differently. EhPIa C30:1 cis induced higher IFNγ amounts in human iNKT cells than in murine iNKT cells. Optimization of the synthetic analogs via introduction of modifications could enhance the potency of the native molecule and thus will be addressed in future analyses.

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