Die zelltypspezifische Rolle von TNF-Signalling bei der experimentellen zerebralen Malaria

Abstract

Malaria ist eine gefährliche Infektionskrankheit, die jedes Jahr viele Menschenleben kostet. Angesichts des zunehmenden Auftretens von Resistenzen gegen die verfügbaren Medikamente erscheint die Entwicklung eines Impfstoffs dringend erforderlich, doch trotz starker Bemühungen war diese bislang nicht erfolgreich bzw. die Impfung nicht praxistauglich. Von besonderer Bedeutung ist die Infektion mit dem Erreger P. falciparum, die zu vielfältigen Komplikationen, unter anderem zur zerebralen Malaria (HZM), führen kann und damit akut lebensbedrohlich ist. In dieser Arbeit sollte untersucht werden, inwiefern sich die Vorgänge bei der zerebralen Malaria im PbA-C57BL/6-Mausmodell (EZM) durch Eingriffe ins TNF-Signalling beeinflussen lassen.

In einem ersten Teil wurde die Rolle der TNF-Rezeptor-Liganden Tumornekrosefaktor (TNF) und Lymphotoxin-α (LTα) untersucht. Dafür wurden die zur Behandlung von rheumatoider Arthritis klinisch zugelassenen TNF-Blocker Infliximab, ein human-muriner monoklonaler Antikörper, der TNF neutralisiert, und Etanercept, ein human-humanes Fusionsprotein aus der extrazellulären Ligandenbindungsdomäne des TNF-Rezeptor 2 (TNFR2) und dem Fc-Teil von IgG1, das sowohl TNF als auch LTα neutralisiert, im Mausmodell verabreicht. Es zeigte sich, dass die EZM-Inzidenz nach keiner der Interventionen signifikant verändert war, sodass anzunehmen ist, dass weder TNF noch LTα eine kritische Funktion in der EZM-Pathogenese innehaben.

Im zweiten Teil der Arbeit wurde die zelltypspezifische Rolle von TNFR1 im Kontext der EZM-Entstehung evaluiert. Dabei kamen konditionale TNFR1-Knockoutmäuse mit C57BL/6-Hintergrund, basierend auf dem Cre/loxP-System, zum Einsatz. Es wurden vier verschiedene Mauslinien untersucht (jeweils TNFR1fl/fl und Expression von Cre unter gewebespezifischem Promotor): CD4-Cre mit T-Zell-spezifischem Knockout, AFP-Cre mit leberspezifischem Knockout, LysM-Cre mit spezifischem Knockout in myeloiden Zellen und Cdh5-Cre mit endothelspezifischem Knockout. Bei keiner der untersuchten Mauslinien konnte ein signifikanter Unterschied in der EZM-Inzidenz nachgewiesen werden, sodass TNFR1 auf den genannten Zelltypen keine kritische Rolle in der EZM-Entstehung zugewiesen werden kann.

Durch die Anwendung der Cox-Regression ergaben sich Hinweise auf Einflussvariablen, die im Modell nicht kontrolliert wurden. Bei der Interpretation der Ergebnisse müssen statistische Limitationen durch die relativ geringe Fallzahl sowie bekannte Unterschiede in der Pathogenese von HZM und EZM berücksichtigt werden.

Malaria is a dangerous infectious disease killing many people every year. When considering the increasing number of parasites with resistance against available medication, the development of a vaccine seems crucial. However, despite intensive research in this field, no vaccination with large scale feasibility has been established. Of particular interest is the infection with P. falciparum as it yields manifold complications, including cerebral malaria (human cerebral malaria / HCM), and therefore poses an acute threat to life. The aim of this study is to evaluate how the pathogenetic mechanisms of cerebral malaria in the PbA-C57BL/6 mouse model (experimental cerebral malaria / ECM) could be influenced by manipulating TNF signalling.

In the first part, the role of the TNF receptor ligands tumor necrosis factor (TNF) and Lymphotoxin-α (LTα) was investigated. Therefore, the TNF-neutralizing agent Infliximab, a human-murine monoclonal antibody that is clinically approved for the treatment of rheumathoid arthritis, and Etanercept, a human-human fusion protein consisting of the extracellular ligand binding domain of TNF receptor 2 (TNFR2) and the Fc fragment of IgG1, which neutralizes both TNF and LTα, was administered in the mouse model. The incidence of ECM did not significantly change from either of the interventions, suggesting that neither TNF nor LTα are crucial for the development of ECM.

In the second part of the study, the cell type-specific role of TNF receptor 1 (TNFR1) was evaluated in the context of ECM development. Conditional TNFR1 knockout mice of C57BL/6 background were used applying the Cre/loxP system. Four different strains were screened (each TNFR1fl/fl and expressing Cre under tissue-specific promotor): CD4-Cre with T cell-specific knockout, AFP-Cre with liver cell-specific knockout, LysM-Cre with specific knockout for myeloid cells and Cdh5-Cre with endothelium-specific knockout. None of the different strains showed a significant difference in ECM incidence when compared to their Cre-negative littermates, indicating that TNFR1 on those cell types is not crucial for the development of ECM.

Employment of the Cox regression in the data analysis suggests there might be non-controlled variables in the mouse model. When interpreting the results of this study, statistical limitations due to a relatively small number of cases have to be taken into account, as well as known differences in the pathogenesis of HCM and ECM.