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URN: urn:nbn:de:gbv:18-94429
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2018/9442/


Therapeutische Aktivität eines Entamoeba histolytica - NKT Zellliganden gegen experimentelle kutane Leishmaniose und Tuberkulose

Therapeutic activity of Entamoeba histolytica – NKT cell ligand against experimental cutaneous leishmaniasis and tuberculosis

Choy, Siew Ling Jacqueline

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Basisklassifikation: 42.00
Institut: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Lotter, Hannelore (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 19.10.2018
Erstellungsjahr: 2018
Publikationsdatum: 30.11.2018
Kurzfassung auf Deutsch: Erkrankungen wie die Leishmaniose und die Tuberkulose weisen eine spezifische Wirt-Pathogen-Interaktion auf, die durch eine kontinuierliche, wechselseitige Anpassung beider Komponenten geprägt ist. Die kutane Leishmaniose ist mit weltweit jährlich 600.000 bis 1 Mio. Neuerkrankungen die häufigste Form der Leishmaniose. Die Infektion mit Leishmanien (vorwiegend Leishmaina major (L. major)) führt zu ulzerierenden Hautläsionen und entstellenden Narben, während Tuberkulose die weitverbreiteste bakterielle Infektionskrankeit der Atemwege darstellt, mit der schätzungsweise ein Drittel der Weltbevölkerung latent infiziert ist. Im Laufe der Evolution haben Leishmanien und Mykobakterien zahlreiche Mechanismen entwickelt, um der Immunantwort des Wirts zu entgehen und ihr Überleben zu sichern. Die Plastizität der Pathogene und die zunehmende Entwicklung von Medikamenten-resistenten Spezies erschweren eine erfolgreiche Therapie dieser Krankheiten. Daher ist die kontinuierliche Entwicklung neuer Medikamente von hoher Notwendigkeit. Die Aktivierung spezifischer Immunzellen des Wirtsimmunsystems durch Effektormoleküle ist eine der vielversprechendsten Möglichkeiten der Behandlung dieser Erkrankungen.
Das membranständige Lipopeptidphosphoglykan aus Entamoeba histolytica (EhLPPG) kann iNKT-Zellen spezifisch aktivieren und stellt solch ein Effektormolekül dar. Synthetische Analoga des Glykophosphatidylinositol-Ankers (EhPI) des EhLPPG erlauben zum einen aufgrund von Modifikationen der chemischen Struktur eine optimierte Immunzellaktivierung und zum anderen ein spätere Synthese nach GMP-Richtilinien. Daher könnten EhLPPG und die synthetische EhPI-Analoga ein neue Möglichkeit für die Therapie der kutanen Leishmaniose und Tuberkulose darstellen.
In ersten Teil dieser Arbeit wurden zunächst die immunstimulatorischen Fähigkeiten des nativen Moleküls EhLPPG und verschiedener synthetischer EhPI-Analoga nachgewiesen. Die Stimulation von murinen und humanen Lymphozyten mit den Glykolipiden führte zur spezifischen Produktion der pro-inflammatorische Zytokine IFN γ und TNF α, die die Entwicklung einer protektiven Immunantwort des Wirts unterstützen können. Zudem wurde gezeigt, dass die Moleküle nur geringe zytotoxische Effekte in murinen und humanen Lymphozyten induzierten.
Im zweiten Teil dieser Dissertation wurde der immuntherapeutische Einfluss von EhLPPG und der synthetischen EhPI-Analoga in in vitro und in vivo Infektionsmodellen für die kutane Leishmaniose untersucht. Die Behandlung von murinen und humanen L. major-infizierten Makrophagen mit EhLPPG und den synthetische EhPI-Analoga induzierte eine signifikante Reduktion der Parasitenlast. In murinen L. major-infizierten Makrophagen führte die Behandlung mit EhLPPG und dem synthetischen EhPI-Analogon EhPIa C30:1 cis dabei zu einer erhöhten mRNA Synthese von IL 1β und iNOS. Beide Moleküle stellen wichtige Signalmoleküle dar, die maßgeblich an einer protektiven Immunantwort des Wirtes beteiligt sind. In einem in vivo L. major-Infektionsmodell mit Balb/c-Mäusen führte die Behandlung mit EhPIb C30:1 cis zu einer verzögerten Zunahme der Fußschwellung. Im gleichen in vivo Modell konnte gezeigt werden, dass EhPIa C30:1 cis und EhPIb C30:1 cis die Produktion anti-inflammatorischer Zytokine herunterregulierten. In einem weiteren in vivo L. major-Infektionsmodell mit C57BL/6-Mäusen wiesen L. major-infizierte Mäuse, die mit dem synthetischen EhPI-Analogon EhPIb C16:0 DR behandelt wurden, eine geringere Ohrschwellung und schnellere Heilung auf.
Im letzten Teil dieser Arbeit wurde das immuntherapeutische Potential der Glykolipide in einem in vitro Infektionsmodell für die Krankheit Tuberkulose ermittelt. Die Behandlung von murinen M. tuberculosis-infizierten Makrophagen mit EhPIb C16:0 DR führte zu einer signifikanten Reduktion der Bakterienlast.
Zusammenfassend weisen die Ergebnisse daraufhin, dass EhLPPG und die synthetischen EhPI-Analoga ein Potential als Therapeutikum für die kutane Leishmaniose und Tuberkulose aufweisen. Sie aktivieren Immunzellen und regen diese gezielt zur Produktion pro-inflammatorischer Zytokine an. Das induzierte Zytokinprofil unterstützt die Entwicklung einer protektiven Immunantwort und fördert damit die Eliminierung der Pathogene. Dieses Potential sollte weiter verfolgt und untersucht werden. Der zugrundeliegende Wirkmechanismus ist bisher noch nicht vollständig aufgeklärt und ist Ziel zukünftiger Untersuchungen.
Kurzfassung auf Englisch: Infectious diseases like leishmaniasis and tuberculosis show a specific host-pathogen-interaction, which is characterized by a continuous, reciprocal adaptaion of both compartments. The cutaneous leishmaniasis is the most common form of leishmaniasis with 600.000 to 1 million annual incidences worldwide. The infection with Leishmania parasites (predominantly Leishmania major (L. major)) causes ulcerating skin lesions and disfiguring scars, wheras tuberculosis represents the most widespread infection disease of the respiratory tract that causes a latent infection in approximately one third of the world population.
During evolution Leishmania and Mykobacteria developed numerous mechanisms to evade the immune reaction of the host and ensure their own survival. The plasticity of the pathogens and the increasing development of drug-resistant species hinder a successful treatment of this disease, which is why a continuous enhancement of new pharmaceuticals is inevitable. Activation of specific immune cells of the hosts immune system by the use of effector molecules provides a promising way to treat these diseases.
The membrane based lipopeptidephosphoglycan isolated from Entamoeba histolytica (EhLPPG) is able to specifically activate iNKT-cells and represents such an effector molecule. Out of EhLPPG synthetic EhPI-analogs of the glycophophatidylinositol anchor were constructed, which allow a synthesis following GMP-guidelines and the integration of additional modifications to optimize immune cell activation. Therefore, EhLPPG and the synthetic EhPI-analogs could present a new treatment for cutaneous leishmaniasis and tuberculosis.
In the first section of this thesis the immunestimulatory properties of the native molecule EhLPPG and the synthetic EhPI-analogs were proven. The stimulation of murine and humane lymphocytes with the glycolipids leads to specific production of the pro-inflammatory cytokines IFN γ and TNF α, which support the development of the host protective immune response and encourage the elimination of the parasites. Furthermore, it was shown that the molecules induce only minor cytotoxic effects to murine and humane lymphocytes.
The second part of this thesis investigated the immunotherapeutical effect of EhLPPG and the synthetic EhPI-analogs in in vitro and in vivo infection models for cutaneous leishmaniasis. The treatment of murine and humane L. major-infected macrophages with EhLPPG and the synthetic EhPI-analogs induced a significant reduction of the parasite load. Further, the treatment with EhLPPG and the synthetic EhPI-analog EhPla C30:1 cis resulted in an increased mRNA synthesis of IL 1β and iNOS in murine L. major-infected macrophages. Both molecules represent important signal molecules that are significantly involved in the hosts immune response. During an in vivo L. major-infection model with Balb/c mice, the treatment with EhPlb C30:1 cis resulted in a delayed growth of the foot pad lesions. The same in vivo model showed that the production of anti-inflammatory cytokines was down-regulated after treatment with EhPla C30:1 cis and EhPlb C30:1 cis. In an additional in vivo L. major-infection model with C57BL/6 mice, the treatment of the L. major-infected mice with the synthetic EhPI-analog EhPIb C16:0 DR resulted in lesser swelling of the ears and in faster healing of those swelling.
The last section of this thesis examined the immune therapeutic potential of EhLPPG and the synthetic EhPI-analogs within in vitro infection models for the tuberculosis disease. The treatment of murine Mycobacterium tuberculosis-infected macrophages with EhPIb C16:0 DR resulted in a significant reduction of bacteria load.
In summary the results indicate that EhLPPG and the synthetic EhPI-analogs possess the potential to act as a therapeutic agent for cutaneous leishmaniasis and tuberculosis. They are mobilizing immune cells and stimulate them to generate pro-inflammatory cytokines. The induced cytokine profile supports the development of a protective immune response, which enhances the elimination of the Leishmania and Mycobatceria. This potential should be further pursued and investigated. The precise mechanism has not been completely elucidated and is the object of future examinations.

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