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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-96263
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2019/9626/


Transkriptionelle Veränderung von Gehirnendothelzellen und P. falciparum (Welch, 1897) infolge von Zytoadhäsion infizierter Erythrozyten, Fieber und Exposition mit Plasma von Malariapatienten

Dörpinghaus, Michael

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Freie Schlagwörter (Deutsch): P. falciparum , Zytoadhäsion , Knob-Strukturen , Gehirnendothelzellen , febrile Temperaturen
Basisklassifikation: 42.36
Institut: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Bruchhaus, Iris (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 08.03.2019
Erstellungsjahr: 2019
Publikationsdatum: 14.03.2019
Kurzfassung auf Deutsch: Bei der Malaria handelt es sich um eine Infektionskrankheit, welche während der Blutmahlzeit einer weiblichen Anopheses Mücke auf den Menschen übertragen wird. Durch den Speichel gelangen Parasiten der Gattung Plasmodium in den menschlichen Wirt, wobei zum jetzigen Zeitpunkt fünf humanpathogene Plasmodium Arten bekannt sind. Dabei kann eine Malaria Infektion unterschiedlich schwere Verlaufsformen aufweisen und die zerebrale Malaria, welche durch P. falciparum Infektionen hervorgerufen werden kann, ist eine der schwersten Formen. Ein Hauptpathogenitätsfaktor der zerebralen Malaria (engl. ‚cerebral malaria‘ (CM)) ist die Sequestrierung, beziehungsweise die Zytoadhäsion P. falciparum infizierter Erythrozyten an Gefäßendothelzellen im Gehirn. Gebundene infizierte Erythrozyten stören den Blutfluss in den Gefäßen, was zu einer Unterversorgung an Sauerstoff und Nährstoffen im angrenzenden Gewebe führen kann. Zusätzlich aktivieren die adhärierenden infizierten Erythrozyten das Gefäßendothel und induzieren eine Immunantwort, die den Verlauf der Infektion mit beeinträchtigen kann. Ziel der Arbeit war es mittels neuester next generation sequencing-Methoden transkriptionelle Veränderungen im Parasiten und in den Gehirnendothelzellen zu untersuchen, die durch verschiedene Faktoren ausgelöst werden. Hierzu zählten die Zytoadhäsion, Fieber und Signalmoleküle im Plasma von Malariapatienten. Darüber hinaus sollte auf Seiten der Parasiten untersucht werden, inwieweit unterschiedliche Temperaturen das Bindungsverhalten der infizierten Erythrozyten beeinflussen.
Nachdem die Rahmenbedingungen der Transkriptom-Studie bestimmt wurden, wurden die transkriptionellen Veränderungen im infizierten Erythrozyten analysiert. Hierbei wurde untersucht, wie sich die Zytoadhäsion bei normaler Körpertemperatur, von der unter Fieberbedingungen unterschied. So zeigten Parasiten, die bei 40°C auf die Bindung auf Gehirnendothelzellen angereichert wurden, eine deutlich erhöhte Bindungskapazität im Vergleich zu den Parasiten, welche bei normaler Körpertemperatur angereichert wurden. Diese Veränderung im Bindungsphänotyp ließ sich auf zwei Faktoren zurückführen. Zum einen wurde die Expression der var-Gene und somit die Präsentation der PfEMP1 Proteine auf der Oberfläche der infizierten Erythrozyten erhöht. Zum anderen induzierte die Anreicherung an Gehirnendothelzellen bei 40°C die Bildung von Knobs, in welchen die PfEMP1 Proteine mit dem Zytoskelett der Wirtszelle verbunden werden. Es zeigte sich ebenfalls, dass dieser erhöhte Bindungsphänotyp über mehrere Replikationszyklen erhalten bleibt und sich zumindest teilweise durch Zytoadhäsion an Gehirnendothelzellen bei 37°C reduzieren ließ. Die Ergebnisse zeigten deutlich, dass Endothelzellen, zumindest bei Fieber, die Transkription des Parasiten beeinflussen und somit den pathophysiologischen Verlauf einer CM mitbestimmt.
Im nächsten Abschnitt der Arbeit wurden die transkriptionellen Veränderungen nach Zytoadhäsion infizierter Erythrozyten bei 37°C und 40°C in den Gehirnendothelzellen untersucht. Durch die Kombination der beiden Stimuli, wurde die Zahl der differentiell exprimierten Gene in den Gehirnendothelzellen nahezu verdoppelt, verglichen mit der Zahl an differentiell exprimierten Genen, die jeder Stimuli isoliert induzierte. Dabei stellte sich allerdings heraus, dass durch die Zytoadhäsion induzierte transkriptionelle Veränderung unabhängig von der Temperatur ähnliche biologische Prozesse beeinflussten. So zeigte sich in Folge der Zytoadhäsion, dass die Bindung über Signalwege zu einer veränderten Genexpression führt. Die Transkriptionsfaktoren NF-κB nahmen hierbei eine zentrale Rolle ein. Die veränderte Genexpression induzierte verschiedene biologische Prozesse, wobei eine inflammatorische Immunantwort, apoptotische Prozesse und Angiogenese im Fokus standen. Es wurde auch deutlich, dass bei 40°C die differentielle Expression der Gene in diesen biologischen Prozessen stärker ausfiel als bei 37°C. Ebenso zeigte sich, dass Paienten-Plasmen zu transkriptionellen Veränderungen führte, die mit ähnlichen biologischen Prozessen assoziiert sind. Allerdings ist die Zahl der differentiell exprimierten Gene, die durch Ko-Inkubation mit Patienten-Plasma in der Gehirnendothelzellen induziert wurden, deutlich geringer als zuvor bei der Zytoadhäsion beobachtet. Die Ergebnisse sind ein Hinweis darauf, dass Fieber, beziehungsweise eine Kombination mehrerer Stress-Stimuli, die regulatorischen Mechanismen verschiedener biologischer Prozesse beeinträchtigen und so den Verlauf und die Schwere der Infektion beeinflussen.

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