Chemotaktische und aktivierende Wirkung der Nagerfilarie Litomosoides sigmodontis auf primäre humane Natürliche Killer-(NK) Zellen und NK-Zelllinien

Abstract

NK-Zellen haben eine große Bedeutung in der akuten Phase der Immunantwort. Sie sind in der Lage Pathogene und infizierte Zellen schnell und direkt aktiviert zu lysieren. Sie wirken über Zytokinproduktion, hauptsächlich von TH1-Zytokinen, als Mediatoren. Darüber hinaus produzieren NK-Zellen selbst Chemokine und wandern über Chemokinrezeptoraktivierung ins Gewebe. Es ist nicht bekannt, ob Wurm- oder andere Parasitenmoleküle direkt chemotaktisch auf NK-Zellen wirken; eine Aktivierung mit IFN- Freisetzung wurde beschrieben. In der vorliegenden Arbeit wird zum ersten Mal gezeigt, dass Parasiten und speziell Filarien bzw. ihre Endobakterien in vitro direkt auf NK-Zellen chemotaktisch und aktivierend wirken und dies unspezifisch über Speziesgrenzen (Nagerfilarie – humane NK-Zellen) hinweg. Bei allen gesunden, naiven Spendern konnten signifikante Wanderungen der durchflusszytometrisch oder immunomagnetisch-isolierten NK-Zellen auf Extrakt von homogenisierten Litomosoides sigmodontis (LsE) Weibchen gemessen werden. Durch eine antibiotische Depletion der Endobakterien war dies teilweise aufgehoben. Die chemotaktische Aktivität war bei FPLC generierten Fraktionen des LsE bei kleinen Proteinen am stärksten, nach RP-HPLC im hydrophoben Bereich sowie schwächer im sehr hydrophilen. Eine ESI-MS-Analyse ergab nur im hydrophilen Bereich ein dominierendes Ion (9,8 kD), das als Glykostruktur eingeschätzt wurde. Auch lebende Mikrofilarien und Wurmkulturüberstände lösten signifikante NK-Zell-Wanderungen aus. Ein Teil der gewanderten Zellen exprimierte verstärkt Aktivierungsmarker (CD25/CD69) im Vergleich zu gewanderten Zellen und produzierten die TH1-Zytokine IFN- und TNF-. Somit verdeutlicht die vorliegende Arbeit, dass die Filarie L. sigmodontis eine ausschließlich NK-Zell-aktivierende Wirkung hat in Bezug auf chemotaktisches Verhalten, Rezeptorexpression und Zytokinfreisetzung. Solch eine direkte NK-Zell-Aktivierung führt zu einer schnellen Induktion einer Immunantwort in Form einer IFN- TH1-Zytokinantwort. Dadurch kann sowohl die Abwehr als auch die Suszeptibilität des Wirtes zu Beginn der Infektion entscheidend beeinflusst werden. Diese Studie erweitert somit das Verständnis zur Rolle der angeborenen Immunität während einer Helmintheninfektion. Die gewonnenen Erkenntnisse könnten auch für aktuell untersuchte, auf Wurmmolekülen basierende immunmodulatorische Therapieansätze bei entzündlichen Erkrankungen sowie für Vakzinierungen und Koinfektionen von Bedeutung sein.

NK cells play a key role in the first line defence against pathogens, which implies direct cytotoxic and indirect cytokine-mediated effector functions - mainly of the Th1 type - bridging innate and adaptive immune responses. In mouse models of filarial infection NK cells promote early worm development, but augments defense against the worms later. The balance between the TH1 and TH2 response is important for this, which can be influenced by NK cells. NK cells also produce chemokines and migrate into infected tissues via activation of their chemokine receptors. It is not known, whether helminths or other parasites contain or secrete NK cell-chemoattractant molecules; activation and IFN- release has been described. This study shows for the first time, that NK cells are directly attracted and activated by filariae, but rather by their endobacteria-derived molecules in vitro. This applied to primary naive human NK cells in a non-specific, cross-species (rodent filaria - human NK cells) manner. All blood samples from healthy, naive donors showed significant chemotaxis of their flow cytometrically or immunomagnetically isolated NK cells to extract from homogenised Litomosoides sigmodontis females (LsE). This was partially abrogated applying to endobacteria-free or –low LsE, generated by antibiotic treatment of mice. NK cells migrated most strongly to FPLC-generated extract fractions containing low molecular weight proteins, and after RP-HPLC, to the most hydrophobic fractions as well as less strongly to very hydrophilic fractions. ESI-MS analysis yielded a single dominant ion (9,8 kD) in the latter, possibly a sugar structure. Live microfilariae and worm culture supernatants also induced chemotaxis. Higher numbers of migrated NK cells expressed the activation markers CD25 and CD69 than non-migrated ones and secreted the TH1 cytokines IFN-and TNF-. Therefore, this study clearly shows that the filaria L. sigmodontis releases exclusively NK cell- activating molecules, probably endobacterial, with respect to chemotaxis, receptor expression and cytokine release. Such a swift and direct induction of an innate, TH1 biased cytokine response by activation of NK cells could have an important influence on the defence against the worms, but also on the susceptibility of the host at the beginning of the infection. These findings deepen the understanding of innate immune mechanisms during helminth infection and could also be of interest for newly emerging helminth-based immunomodulatory therapies of inflammatory diseases, for vaccinations and coinfections.